Corrosão em Metais: Prevenção e Avaliação

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INTRODUÇÃO
A corrosão pode ser definida como o ataque destrutivo e não intencional sofrido por um metal, que normalmente começa na superfície do material. O problema da corrosão metálica apresenta proporções significativas. Em termos econômicos, foi estimado que aproximadamente 5% da receita de um país industrializado são gastos na prevenção da corrosão e na manutenção ou na substituição de produtos perdidos ou contaminados como resultado das reações de corrosão. Isso sem falar dos acidentes ou perdas de vidas humanas provocadas por contaminações, poluição e falta de segurança dos equipamentos (Merçon et al., 2004). 
Uma vez que a corrosão é provocada por uma reação química, a velocidade com a qual esta se processa dependerá, até certo ponto, da temperatura e da concentração das espécies envolvidas. Outros fatores, tais como os esforços mecânicos e a erosão, também podem contribuir para a corrosão (Smith, 1998).
 A maioria dos metais é corroída de algum modo por efeito da água e da atmosfera, portanto, as espécies presentes na água (principalmente espécies iônicas) acabam tendo uma importância muito grande nos processos de deterioração dos metais. Por exemplo, a acidez devido à presença de espécies na água, que pode ser medida por meio dos valores de pHs, tem um papel fundamental na corrosão dos metais.
O ambiente terrestre atual é naturalmente oxidativo devido à presença de oxigênio e água (O2 e H2 O), portanto, espontaneamente, os metais tendem a sofrer oxidação quando em contato com essas substâncias. Além disso, à medida que substâncias ácidas estão presentes na água, a velocidade de oxidação dos metais tende a aumentar. A chuva é normalmente ácida (valores de pH menor que 7) devido à presença de ácido carbônico (formado pela reação entre o gás carbônico e a água.
Para os materiais metálicos, o processo de corrosão é normalmente um processo eletroquímico, isto é, uma reação química em que existe uma transferência de elétrons de uma espécie química para outra (processo denominado de oxidorredução). Caracteristicamente, os átomos metálicos têm seus elétrons retirados, no que é chamada uma reação de oxidação. A quantidade de elétrons retirada de um determinado metal é uma característica dele e pode variar de um metal para outro.
As espécies que retiram os elétrons do metal sofrem um processo denominado de redução. Essas espécies, ao retirarem elétrons e provocarem a oxidação de outras, são denominadas de agentes oxidantes. O ar atmosférico, devido à presença de gás oxigênio (compõe 20% do ar seco) e água (presente na forma de vapor), é um ambiente propício à oxidação.
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Avaliar a resistência de ligas metálicas em soluções aquosas de concentrações diferentes.
Objetivos Específicos
Verificar a influência do pH no processo de desgaste de superfícies metálicas;
Avaliar a taxa de corrosão das peças metálicas.
Materiais e Métodos
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3.1 Materiais
Solução de Hidróxido de Sódio (1mol/L);
Solução de Ácido Clorídrico (1mol/L);
Água destilada;
Lixeira d´agua n° 80;
Secador;
Balança analítica;
Corpo de prova;
Paquímetro.
3.2 Métodos
3.2.1 Procedimento 1 – Determinando a densidade da liga metálica (aço-carbono)
Promoveu a limpeza dos corpos de prova usando uma lixa d’água nr. 80, com o intuito de obter as faces fisicamente semelhantes. Após, lavá-los com água destilada e secá-los com o uso de um secador foram pesados em uma balança analítica (precisão 0,0001 g).
Determinou-se a densidade do material através da equação 1 e comparou o valor encontrado experimentalmente com o valor da literatura.
 (1)
3.2.2 Procedimento 2- Trabalhando com soluções ácidas e básicas
a) Com o auxílio de um paquímetro, determinou-se a área exposta através da equação 2 e o volume dos cdp através da equação 3. Usando uma proveta, mediu-se uma quantidade de solução ácida ou básica 50 vezes maior à área exposta dos cdp (o fator 50 é para evitar a saturação da solução com produtos da corrosão durante os testes).
(2)
 (3)
b) As soluções, ácidas e básicas, foram transferidas para béqueres, os quais foram colocados em uma cuba plástica contendo água para manter a temperatura constante durante o experimento. Com o auxílio de pinças, introduziu os cdp nos béqueres e acionou o cronômetro (imersão total dos cdp durante 72h; 92h e 7 dias).
c) Finalizado o tempo de imersão preestabelecido, retirou os cdp com as pinças, os lavou com água destilada, depois secou-se com ar quente e pesou-se novamente na balança. Calculou-se a PMR (perda de massa relativa) e a PEM (perda de espessura média).
 Resultados e Discussão
4.1 Determinando a densidade da liga metálica (aço-carbono)
Na tabela 1 apresenta os pesos das placas e o volume de água contido na proveta primeiro sem a imersão da placa de aço-carbono em seguida com a adição dela. O cálculo da densidade foi realizado através do volume do material em água e pelo volume calculado através da equação 3.
Tabela 1: Resultados da densidade
	
	Placa 1
	Placa 2
	Placa 3
	Placa 4
	Peso (g)
	29,6065
	27,9162
	29,8433
	29,9016
	Volume s/ placa (mL)
	50
	50
	50
	50
	Volume c/ placa (mL)
	52
	52
	52
	52
	Densidade em água (g/mL)
	14,8032
	13,9581
	14,9265
	14,9508
	Densidade material (g/cm³)
	7,4764
	7,2378
	7,4422
	7,3776
A densidade encontrada na literatura para placa de aço-carbono foi de 7,86g/cm³, valor próximo ao encontrado na aula prática, apresentando um erro respectivamente de 4,9%, 7,9%, 5,3% e 6,1% para as placas 1, 2, 3 e 4. O erro pode ter sido ocasionado por imprecisão na hora das medidas ou por outros componentes presentes nas placas além do aço-carbono.
4.2 Determinações da área e do volume
Na tabela 2 apresenta os dados que foram coletados na aula prática e os resultados dos cálculos da área e do volume de cada placa. 
Tabela 2. Resultados do cálculo de área e volume
	
	Placa 1
	Placa 2
	Placa 3
	Placa 4
	Comprimento (mm)
	39,39
	39,14
	39,40
	39,56
	Largura (mm)
	31,48
	31,48
	31,51
	31,62
	Espessura (mm)
	3,19
	3,13
	3,23
	3,24
	Área (mm³)
	1234,0
	1232,1
	1241,5
	1250,9
	Volume (mm³)
	3955,6
	3856,6
	4010,0
	4052,9
4.3 Taxa de corrosão da liga metálica
Na tabela 3 apresenta o peso das placas ao longo do tempo. As placas 1 e 4 foram submersas em hidróxido de sódio 1mol/L e as placas 2 e 3 em ácido clorídrico 1mol/L.
Tabela 3: Peso das placas 
	
	Placa 1 (g)
	Placa 2 (g)
	Placa 3 (g)
	Placa 4 (g)
	Peso Inicial
	29,6065
	27,9162
	29,8433
	29,9016
	72 Horas
	29,6085
	24,4066
	26,6145
	29,9119
	92 Horas
	29,6078
	24,3912
	26,5832
	29,9032
	168 Horas
	29,6080
	24,2927
	26,3303
	29,9036
Gráfico 1: Perda de massa ao longo do tempo
Observa-se que as placas que foram submersas em ácido clorídrico tiveram perda de massa indicando que ouve um processo de corrosão. Já nas placas submersas em hidróxido de sódio tiveram a massa constante ao longo do tempo indicando um processo de corrosão mais lento, isso se deve ao fato de quanto mais ácido for o meio, haverá uma maior concentração de íons H+ em relação aos íons OH - o que aumenta a velocidade de oxidação da liga metálica, pois os íons de aço-carbono reagem com os íons H+ num processo de oxirredução.
4.4 Taxa de corrosão
A taxa de corrosão foi determinada através da perda de massa das placas ao longo do tempo como mostra a tabela 4.
Tabela 4: Taxa de corrosão
	
	Placa 1 
	Placa 2 
	Placa 3 
	Placa 4 
	Perda de massa (g)
	- 0,0015
	3,6235
	3,5130
	-0,0020
	Taxa de corrosão (g/hr)
	-8,9E-6
	0,0216
	0,0209
	-1,19 E -5
O efeito da acidez na velocidade de corrosão da liga metálica aço carbono, em água a temperatura ambiente, pode ser observado no gráfico 2.
Gráfico 2: Taxa de corrosão das placas
Verifica-se uma interferência cada vez mais positiva (aumento da corrosão) nas placas 2 e 3 que foram submersas nas soluções de ácido clorídrico cujo pH é baixo e favorece a reação deoxirredução entre o aço carbono que sofre oxidação e íons H+ que sofrem redução. Já nas placas 1 e 4 foram submersas nas soluções de hidróxido de sódio (soluções básicas que apresentam pH alto), esse aumento mais pronunciado da alcalinidade do meio faz com que a taxa de corrosão diminua, pois o ferro se torna passivo em presença de álcalis e oxigênio dissolvido. O pequeno aumento na massa das placas submersas nas soluções de hidróxido de sódio foi em decorrência da incorporação de hidrogênio e oxigênio na formação da ferrugem.
Conclusão
A densidade das placas metálicas foi próxima ao valor encontrado na literatura, apresentando uma pequena diferença que pode ter sido ocasionada por erros durante as medidas ou pelas placas conterem outros componentes além do aço-carbono.
O experimento comprova o aumento da taxa de corrosão nas placas de aço-carbono que foram submersas nas soluções de ácido clorídrico, e uma estabilidade nas placas submersas em hidróxido de sódio, comprovando que quanto maior for à acidez do meio maior é a velocidade de corrosão decorrente do processo de oxirredução. Isso explica porque os problemas de corrosão de estruturas metálicas em aço tendem a ser mais intensos em algumas regiões mais industrializadas e poluídas (devido à formação da chuva ácida).
Bibliografia Consultada
ASKELAND, D.R.; PHULÉ, P.P. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo: Cengage Learning, 2008. 
CALLISTER JR., W.D. Fundamentos da ciência e engenharia de materiais. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. GENTIL, V. Corrosão. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. MAIA, D.J.; GAZOTTI, W.A.; CANELA, M.C
GUIMARÃES, P.I.C.; MAINER, F.B. Corrosão: um exemplo usual de fenômeno químico. Química Nova na Escola, n. 19, p. 11-14, 2004. 
SHACKELFORD, J.F. Ciência dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2008. SMITH, W.F. Princípios de ciência e engenharia dos materiais. São Paulo: McGraw-Hill, 1998.