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CORROSÕES DE METAIS - QUÍMICA APLICADA

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Corrosões de Metais
Nome Sobrenome	 		Turma: 05/XXXXX 		Ra: XXXXXXXX
Eng. Mecatrônica
SUMÁRIO
1. Introdução....................................................................................03
2. Objetivos.......................................................................................04
3.Corrosão de metais.......................................................................05
4. Causas da corrosão......................................................................06
5. Tipos de corrosão.........................................................................07
 5.1. Corrosão uniforme...................................................................07
 5.2. Corrosão por prites..................................................................07
 5.3. Corrosão por concentração diferencial....................................07
 5.4. Corrosão por concentração iônica diferencial.........................07
 5.5. Corrosão por aeração diferencial.............................................07
 5.6. Corrosão em frestas.................................................................08
 5.7. Corrosão filiforme...................................................................08
 5.8. Corrosão por placas. ...............................................................08
 5.9. Corrosão seletiva.....................................................................08
 5.9.1. Corrosão alveolar.................................................................08
 5.9.2. Corrosão por esfoliação.......................................................08
 5.9.3. Corrosão por deszincificação...............................................09
 5.9.4. Corrosão grafítica.................................................................09
 5.9.5. Corrosão associada ao escoamento de fluídos.....................09
 5.9.6. Corrosão por turbulência......................................................09
 5.9.7. Corrosão intergranular..........................................................10
 5.9.8. Corrosão intergranular nos aços inoxidáveis........................10
 5.9.8. Corrosão intergranular de ligas de alumínio.........................10
 5.9.8. Corrosão galvânica....................... ........................................10
 5.9.9 Corrosão devido à fatores metalúrgicos ................................10
6. Os problemas da corrosão..........................................................11
 6.1. Fatores que potencializam a ação degradante da corrosão......11
 6.2. Métodos que melhoram a resistência à corrosão.....................11
7. Combate à corrosão.....................................................................13
8. Conclusão......................................................................................13
9. Referências bibliográficas ...........................................................13
INTRODUÇÃO
 O presente trabalho tem como abordagem o tema corrosão de metais que visa explicitar de forma clara e objetiva o que vem a ser corrosão e como esta pode ser “combatida”, uma vez que sua ação pode trazer diversos prejuízos para a sociedade.
 A contribuição deste tema poderá beneficiar diversos setores do meio acadêmico, tendo em vista que o assunto apresentado abrange áreas que vão além da química em si, ou seja, remete ao lado físico dos componentes estruturais de um material também, podendo então elucidar lacunas. Portanto Corrosão de metais é o processo de oxidação ou enferrujamento de um metal ou das suas ligas, que leva a diminuição de tempo de vida útil de um material devido ao ataque químico. O processo de corrosão é bastante complexo e depende de diversos fatores, como: as condições em que o fenômeno ocorre, a composição do metal, o contato com outros materiais adjacentes, a posição do metal em questão na fila das tensões eletrolíticas etc.
 A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos.
 A corrosão pode incidir sobre diversos tipos de materiais, sejam metálicos como os aços ou as ligas de cobre, por exemplo, ou não metálicos, como plásticos, cerâmicas ou concreto. Sendo que na presente obra iremos abordar diretamente a corrosão dos metais, com o objetivo de ser o mais explícito e objetivo possível para um melhor entendimento.
OBJETIVOS
Objetivos gerais:
Definir a corrosão;
Falar das causas e do modo de prevenção;
Objetivos específicos:
Falar da corrosão de metais;
Definir a corrosão de metais;
Explicar as suas causas;
Explicar como combater a corrosão de metais.
CORROSÃO DE METAIS
Antes de falarmos sobre a corrosão dos metais existe a necessidade de definirmos o termo corrosão. Dizer que corrosão é o processo de deterioração de um material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, etc.
Não obstante, a corrosão de metais é o processo de oxidação ou enferrujamento de um metal ou das suas ligas, que leva a diminuição de tempo de vida útil de um material devido ao ataque químico, processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original.
O mecanismo da reação de corrosão é equivalente ao que atua nas reações de oxidação-redução que ocorrem em solução. Porém, no caso da corrosão oxidativa dos metais, o mecanismo é eletroquímico e semelhante aos processos relativos às células.
Fig. 1
CAUSAS DA CORROSÃO
Na maioria das vezes a corrosão resulta de reações eletroquímicas. Para que essas reações se processem é necessário que se tenham dois elementos metálicos com potencial elétrico diferente (cátodo e ânodo), em contato com um meio eletrolítico, e unidos entre si por uma cadeia condutora de eletricidade. Nessas condições há o aparecimento de uma corrente elétrica entre esses dois pontos da peça metálica, que provoca uma migração de material do ânodo, que será portanto corroído. O eletrólito pode ser qualquer fluido condutor de corrente elétrica: água (exceto água destilada), ar húmido, soluções ácidas, alcalinas ou salinas, etc .A diferença de potencial entre os dois pontos da peça metálica pode se originar em consequência de numerosas causas, entre as quais podemos citar:
Metais diferentes ou ligas metálicas diferentes em contato mútuo;
Diferença de aeração ou de humidade entre os dois pontos;
Diferença de estado de tensões entre os dois pontos (um ponto mais tensionado que o outro);
Irregularidades (mesmo quando microscópicas) na granulação do metal;
Diferenças de temperatura ou de iluminação entre dois pontos;
Diferença de PH dos fluidos em contato com os dois pontos diferentes;
Diferença de concentração entre dois pontos do fluido em contato.
 	 Em resumo, qualquer falta de homogeneidade, no metal ou no ambiente em contato com o metal, pode dar origem a reações eletroquímicas. Observe-se que na prática temos frequentemente a ação simultânea de mais de uma causa de diferenças de potencial. As correntes elétricas geradas são sempre muito fracas porque as diferenças de potencial entre o ânodo e o cátodo são geralmente da ordem de milésimos de Volt. A destruição do ânodo será mais intensa quanto mais forte for a corrente elétrica. Por essa razão, a corrosão eletroquímica é sempre um fenômeno lento e progressivo, cujos efeitos só são observáveis no fim de um certo tempo, as vezes bastante longo. 
Algumas vezes a corrosão é causada por reações químicas diretas entre o metal e o fluido em contato, ou pela dissolução do metal no fluido, em qualquer desses casos a corrosão é rápida.Em muitos casos a corrosão apenas se inicia, sendo estancada espontaneamente pelos próprios resíduos da corrosão; esse fenômeno, que é de grande importância prática, ocorre quando os resíduos da corrosão formam uma película forte, contínua e aderente sobre a superfície do metal, que isola o mesmo do contato com o ambiente corrosivo, impedindo o prosseguimento da corrosão. A resistência a exposição ao tempo que apresentam o cobre, o alumínio, o cromo, o níquel, e vários outros metais, deve-se justamente à formação de uma película fina, aderente e impermeável de óxido, isolando o metal do contato com a atmosfera. No caso do ferro, não ocorre a formação de uma película protetora, porque a ferrugem (óxidos de ferro) é altamente porosa, não evitando portanto o progresso da corrosão.
TIPOS DE CORROSÃO
Existem vários tipos de corrosão tais como:
Corrosão uniforme
É a perda uniforme de espessura em toda a extensão da superfície. Por ser mais visível, torna-se mais simples sua medição e inspeção regular, evitando falhas repentinas, como: ataque de toda a superfície metálica, diminuição da espessura, formação de pilhas de ação local, desgaste de fácil acompanhamento, leva a falhas significativas do equipamento;
Corrosão por pites
É caracterizada com formação de cavidades de pequena extensão e de razoável profundidade, é frequente nos materiais metálicos formadores de películas protetoras: pilha ativa-passiva, com rompimento da camada passiva. Que contêm pequena área anódica e grande área catódica.
Corrosão por concentração diferencial
Corrosão por concentração iónica diferencial
Caracterizada por Pilhas de concentração iônica diferencial;
Ânodo – área com menor concentração;
Cátodo – área com maior concentração.
Corrosão por aeração diferencial
É caracterizada por Pilhas de aeração diferencial;
Ânodo – área com menor concentração;
Cátodo – área com maior concentração;
Interface de saída de uma estrutura do solo ou da água para a atmosfera.
Corrosão em frestas
Pilhas de aeração diferencial (meio gasoso) e de concentração iônica diferencial (meio líquido)
Juntas soldadas com chapas superpostas, juntas rebitadas, ligações roscadas, revestimentos com chapas aparafusadas.
Corrosão filiforme
É uma corrosão em que os materiais apresentam formas de finos filamentos que iniciam nas bordas aumentando unifilamente.
Corrosão por placas
É um tipo de corrosão que ocorre em meio metálico onde as partes do material se separa formando placas com cavidade superficiais.
Corrosão seletiva
É a Formação de par galvânico devido a grande diferença de nobreza entre dois elementos de uma liga metálica.
Corrosão alveolar
Esse processo aparece sob forma localizada, mostrando aspecto de crateras que apresentam fundo arredondado e profundidade geralmente menor que o seu diâmetro. Quando houver o aparecimento generalizado de crateras nesse processo, este é chamado de corrosão alveolar generalizada.
Corrosão por esfoliação
Este tipo de corrosão é detectada no meio paralelo à superfície metálica. Ocorre em materiais que passam por grandes esforços mecânicos provenientes de processos de fabricação. Uma vez iniciado o processo de corrosão em superfícies de ligas de alumínio, com essas características, o ataque pode ocorrer nas áreas afetadas por esses esforços, mais frequentemente em frestas. Geralmente ocorre em materiais entrudados, que tiveram seus grãos alongados e achatados.
Corrosão por deszincificação
É a corrosão que ocorre em ligas de cobre-zinco, especialmente em latão. Isso explica o aparecimento de regiões com coloração avermelhada contrastando com a coloração característica do latão. Dizemos então, que a corrosão ocorre no zinco, restando assim o cobre, já que a cor avermelhada é característica deste. Pode ser evitada com tratamento térmico de solubilização da liga e com uso das ligas que contenha elementos inibidores como As e o Sb.
Corrosão grafítica
É o processo de corrosão que ocorre no ferro fundido cinzento em temperatura ambiente. Acontece pela conversão do ferro metálico em produtos de corrosão, enquanto a grafite permanece intacta. Com isso, a área corroída fica com um aspeto escuro característico do grafite, e esta é facilmente retirada com uma espátula.
Corrosão associada ao escoamento de fluidos
É a aceleração dos processos corrosivos devido à associação do efeito mecânico com a ação corrosiva.
Corrosão por turbulência
Processo corrosivo associado ao fluxo turbulento de um líquido. Ocorre particularmente quando há redução na área de fluxo com aparecimento de bolhas gasosas (bolhas de ar).
Corrosão intergranular
Ocorre a perda das propriedades mecânicas de um material metálico em função da corrosão sob tenção fraturante que é gerado entre os graus da rede cristalina. Este tipo de corrosão é provocado por impurezas nos contornos de grão.
Corrosão intergranular nos aços inoxidáveis
Caracterizada pela formação de uma região empobrecida (sensitização) em cromo ao longo dos contornos do grão (precipitação de carbonetos de cromo). Aços austeníticos: 440 a 950°C, aços ferríticos: acima de 925°C, numa sensitização mais rápida, o número de meios corrosivos é bem maior. Tratamento térmico prolongado (2 a 3h) a 790°C, promovem a difusão do cromo da matriz para a região empobrecida, restaurando a resistência à corrosão.
Prevenção: emprega-se aços inoxidáveis austeníticos com teor de carbono inferior a 0,03% ou aços contendo Nb ou Ti, que fixam o carbono, não permitindo a formação dos carbonetos de cromo.
Corrosão intergranular de ligas de alumínio
Ligas de alumínio magnésio, com mais de 3% de magnésio, podem formar precipitados de Mg2Al8 nos contornos do grão. Estes precipitados são corroídos. Também em ligas de alumínio/magnésio/zinco => precipitado de MgZn2.
Ligas de alumínio-cobre => precipitado de CuAl2, mais nobre que a matriz. Agem como cátodos, acelerando a corrosão da região vizinha.
Precipitados são imprescindíveis para a elevação da resistência mecânica.
Corrosão galvânica
É um tipo de corrosão que pode ocorrer quando dois metais diferentes são expostos a uma solução condutora, isto é, os metais diferentes possuem uma diferença de potencial que servem como forca de impulso de uma corrente elétrica através da solução se anódico e o mais resistente catódico. Então, quanto maior a diferença de potencial, mais provável é a corrosão galvânica. E quanto menor a área do metal anódico, mais acelerada será a corrosão.
Corrosão Devido a Fatores Metalúrgicos (Formas de ataque onde a metalurgia exerce uma significante influência)
Intergranular: Corrosão que ocorre quando a velocidade de corrosão das áreas de contorno de grãos (metalúrgicos) de uma liga excede àquela do interior do grão. Este fenômeno ocasiona a migração de elementos em direção aos contornos de grãos e o conseqüente empobrecimento da matriz metalúrgica.
Deslocamento: Uma forma de corrosão caracterizada pela remoção preferencial de um dos componentes da liga deixando para traz uma estrutura residual alterada.
OS PROBLEMAS DA CORROSÃO
Selecionar material com inadequada resistência à corrosão para uma determinada aplicação pode ser um oneroso. Perdas diretas e indiretas que podem resultar de um ataque corrosivo podem ser:
Quebra de equipamento e prejuízos;
Substituição prematura de equipamentos com reflexos no custo industrial;
Necessidade de projetos superdimensionados para suportar os efeitos da corrosão: exemplo aumento nas espessuras, diâmetros etc.;
Paralisação inesperada do equipamento causando transtornos no planejamento de produção;
Perda de um produto (exemplo, se uma tubulação de um sistema hidráulico desenvolve um vazamento devido a uma corrosão induzida, contaminando o produto);
Perda de eficiência (exemplo, produtos gerados pela corrosão diminuem a velocidade de transferência de calor em um sistema de resfriamento).
Algumas destas perdas indiretas podem custar mais que a diferença de preço entre um material queteria uma performance satisfatória e outro que não. Portanto é importante considerar o potencial de perdas indiretas devido à corrosão quando for feita a seleção do material a ser aplicado. Corrosão também constitui um significativo risco de segurança quando a falha ocorre em partes críticas de um meio de transporte.
Além dos aspetos econômicos e segurança, corrosão é importante do ponto de vista de conservação de recursos de materiais.
FATORES QUE POTENCIALIZAM A AÇÃO DEGRADANTE DA CORROSÃO
Erosão: Remoção do material superficial pela ação de vários impactos de partículas sólidas ou líquidas.
Fricção: Atrito entre duas superfícies metálicas ou não.
Cavitação: O fenômeno cavitação ocorre e, áreas com altas velocidades de fluxos e rápidas mudanças de pressões. Isto causa colapso de bolhas de gás ou vapor projetando forças poderosas na superfície metálica removendo a camada de passivação e desta forma potencializando a corrosão.
Fadiga: É o resultado de ações combinadas de tensões cíclicas.
Ruptura Induzida Pelo Meio Ambiente: Formas de falhas que são produzidas em materiais com tensões residuais.
Trincas sob tensão: Propagação de trinca devido a uma tensão aplicada.
MÉTODOS QUE MELHORAM A RESISTÊNCIA À CORROSÃO
Alguns materiais de elevado uso industrial possuem baixa resistência a corrosão na maioria dos meios. Esta resistência pode ser melhorada, ampliada ou até mesmo obtida no seu mais elevado grau, utilizando técnicas ou métodos de proteção anticorrosiva:
Revestimentos
Os revestimentos constituem-se em películas interpostas entre o metal e o meio corrosivo, ampliando a resistência à corrosão do material metálico.
Esta película pode dar ao material um comportamento mais nobre, como é o caso das películas metálicas mais catódicas que o metal de base, ou protegê-lo por ação galvânica, ou ainda, se constituem numa barreira entre o metal e o meio.
Os revestimentos podem ser: metálicos, não metálicos inorgânicos ou orgânicos e a sua utilização, pode ser no aumento da resistência à corrosão atmosférica, na imersão e na corrosão pelo solo.
Inibidores da corrosão
O aumento da resistência à corrosão pelo uso dos inibidores de corrosão constitui-se em uma técnica muito utilizada, especialmente quando o meio corrosivo é líquido.
Os inibidores são compostos químicos adicionados ao meio que promovem polarização anódica ou catódica, ou são formadores de película que aumentam a resistência de contato das áreas anódicas e catódicas.
Técnicas de modificação do meio corrosivo
Além dos inibidores que agem através do meio corrosivo há outras técnicas importantes de modificação do meio, dentre elas valem destacar a desaceleração e o controle do pH.
A desaceleração consiste na retirada de oxigênio do meio, sendo o oxigênio um agente despolarizante, com a sua retirada favorece-se a polarização catódica com a consequente diminuição da intensidade do processo corrosivo.
O controlo de pH visa favorecer a passivação dos metais, que se tornam passivos com o pH ligeiramente básico.
Estes dois métodos de aumento da resistência a corrosão são muito utilizados em sistemas de água de refrigeração, água de caldeira, água de injeção em poços de petróleo, em fluidos diversos como os de perfuração de poços de petróleo e os de complementação.
COMBATE À CORROSÃO
Como já vimos a corrosão é provocada nos metais devido a presença de água, oxigénio e humidade, quando os metais são expostos a esses meios em contato direto. A maneira mais comum de combater a corrosão é aplicar um revestimento ou cobrindo o metal com material Polimétrico, tal como tinta, que seja impermeável ao oxigénio e a humidade. Em alguns casos o revestimento pode ser feito com um material nobre o qual não se oxida espontaneamente ao ar. Geralmente se utiliza um metal que se auto protege ao substrato devido a formação de uma camada de um óxido impermeável.
Os conhecimentos dos processos de oxidação redução especialmente por serem a eletroquímica dos metais, permite-nos perceber quais dos metais podem ser usado para proteger o ferro do enferrujamento com base nos seus potenciais padrão.
Ex: o zinco, o estanho, o níquel, o crómio protege o ferro contra a corrosão. Assim se depusermos o crómio sobre o ferro em oxidação de Cr (Eo = + 0,91v), indica que o crómio é mais reativo que o ferro, ele forma uma fina película á superfície que evita a oxidação do ferro que se encontra coberta por essa película. Uma pequena quebra no revestimento do crómio faz com que a liga do ferro que está por baixo se corroa.
Um outro método popular par evitar a corrosão é um processo chamado Proteção Anódica, neste processo o metal é intencionalmente oxidado em condições cuidadosamente controlada para que se forme uma camada fina e aderente de óxido na sua superfície. O tratamento do ferro com o cromato de sódio aquoso forma uma camada de óxido de ferro (III) e crómio (III) que protege o ferro do contato com a água e oxigénio.
2Fe(s) + 2Na2CrO4(aq) + 2 H2O(I) Fe2O3(S)+ Cr2O3(S) + 4NaOH(aq)
Para além de proteção anódica, um outro processo de combate a corrosão é a Proteção Catódica.
Neste processo usa-se o metal mais reativo que é colocado em contacto elétrico com o objeto metálico que se pretende proteger da corrosão. O metal mais reativo se comporta como ânodo na célula eletroquímica, o zinco ou o magnésio é enterrado e conectado diretamente com o objeto a ser protegido, o bloco de magnésio se comporta como ânodo a medida que se dissolve por meio a reação.
Mg(s) Mg2+ + 2e- o magnésio fornece eletrons ao objeto de ferro evitando a corrosão do mesmo. Neste caso o objeto a ser protegido comporta-se como cátodo. O magnésio e o zinco utilizado para proteger o objeto de ferro são denominados ânodos de sacrifício. Sendo a redução de oxigénio a ion hidroxilo ocorre na superfície do mesmo.
CONCLUSÃO
No presente trabalho, vimos o quanto é complexo o processo de corrosão devido à série de fatores que a influenciam. Vai mais além do que apenas saber o que é corrosão e somente conhecer esse processo como uma introdução eletroquímica, existem fatores importantes necessários para o conhecimento daquele que pretende ter um contato principalmente com ambientes que sofrem a influência da corrosão.
Para acompanhar todo o raciocínio e funcionalidade da corrosão, vimos que esta depende de vários pontos relevantes ao nosso conhecimento, como por exemplo, meios corrosivos, formas diferentes com se apresenta, sejam pela aparência ou pela propriedade da peça metálica ou do meio. Entretanto, seria irrelevante conhecer toda essa complexidade e não fazer uso de meio algum que evite, minimize ou ainda, impeça a sua propagação. Por esse motivo, estudamos também meios de prevenção, ainda que temporário; conhecemos métodos protetores, inibidores químicos e eletroquímicos, revestimentos metálicos e orgânicos, dentre outros. Chegados a este ponto damos como terminado o nosso trabalho, com o alcance daquilo que foram os nossos objetivos a alcançar.
BIBLIOGRAFIA
MAHAN, MYERS Quimica um curso universitario, 4ª ed. America
PETER ATKINS. Juilio De Paulo, Fisico- Quimico 8ª edição
FELTER, Ricardo. Fundamentos da química. 3ª ed. São Paulo: Moderna, 2001. vol único 434p.
SARDELLA, Antônio, FALCONE, Marly. Química 1ª ed. São Paulo: Atica 2007.Vol único
www.wikipedia.com acessado em 02 de Abril de 2018
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