Resistência à Corrosão- Exercícios resolvidos Capítulo 1 e 2

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Capítulo 01
Corrosão é a deterioração de um material por ação química ou eletroquímica do meio ambiente associada ou não a forças mecânicas. 
Pode-se admitir a corrosão como o inverso do processo siderúrgico, cujo objetivo principal é a extração do metal a partir de seus minérios ou de outros compostos, ao passo que a corrosão tende a oxidar o metal. 
Podemos ter a classificação de corrosão segundo:
- Morfologia: uniforme, por placas, alveolar, puntiforme ou por pite, intergranular, intragranular, filiforme, por esfoliação, grafítica, dezincificação, em torno do cordão de solda e empolamento pelo hidrogênio. 
- Causas ou mecanismos: por aeração diferencial, eletrolítica ou por corrente de fuga, galvânica, associada a solicitações mecânicas, seletiva, empolamento ou fragilização pelo hidrogênio. 
- Fatores mecânicos: sob tensão, sob fadiga, por atrito, associada à erosão. 
- Meio Corrosivo: atmosférica, solo, por microrganismo, água do mar, por sais fundidos dentre outros.
- Localização do ataque: por pite, uniforme, intergranular, transgranular etc. 
Na corrosão eletroquímica, os elétrons são cedidos em determinada região e recebidos em outra região (corrente elétrica), aparecendo uma pilha de corrosão. Esse processo eletroquímico de corrosão pode ser decomposto em 3 etapas principais: processo anódico, deslocamento dos elétrons e íons e processo catódico. 
Há reações químicas diretas entre material metálico, ou não metálico, e o meio corrosivo, não havendo geração de corrente elétrica.
A corrosão seca ocorre na ausência da fase líquida, ou acima do ponto de orvalho do ambiente. Exemplo: reações entre metais e gases a temperaturas acima de 100°C. Enquanto a corrosão aquosa ocorre na presença da fase líquida, que pode ser água ou não. 
Degradação de polímeros; desgaste mecânico: abrasivo, erosão ou cavitação.
Erosão é o processo de desgaste mecânico que pode ser causada por: escoamento de fluidos, por partículas sólidas contidas em líquidos ou gases, por partículas líquidas contidas em líquidos ou gases ou por jatos de líquidos ou de gases (impingem).
Metalurgia Extrativa: processos de obtenção e purificação (refino) de metais e de elaboração de ligas metálicas, incluindo reciclagem de resíduos gerados nas operações industriais. Metalurgia Física: relaciona estrutura interna dos metais com suas propriedades. Metalurgia de Transformação: dá forma aos metais como nos processos de laminação, forjamento, extrusão, estampagem, etc. Dentre os tipos de processos metalúrgicos podemos dividir em: pirometalúrgicos: envolvem emprego de altas temperaturas; hidrometalúrgicos: envolvem emprego de soluções aquosas; eletrometalúrgicos: envolvem eletrólise.
Fenômeno pelo qual metais e ligas tendem a sofrer deformações plásticas quando submetidos por longos períodos a tensões constantes, porém inferiores ao limite de resistência normal do material. Pode ser ativada pela temperatura e se manifesta com o passar do tempo. Esta deformação produz fissuras no material e pode levar à ruptura.
Capitulo 02
O fenômeno da corrosão pode ser entendido como uma deterioração do material, devido às reações químicas e/ou eletroquímicas com o meio em que interage. A corrosão está relacionada com a oxidação de um metal para a formação de um composto mais estável termodinamicamente nas condições a que está submetido. O fenômeno corrosivo representa uma situação em que duas ou mais reações eletroquímicas diferentes ocorrem simultaneamente e de forma espontânea, sendo pelo menos uma de natureza anódica e outra catódica. A reação anódica de dissolução do metal fornece elétrons à reação catódica de redução. Para que a reação de dissolução do metal tenha prosseguimento é necessário que os elétrons produzidos sejam removidos, caso contrário ocorre equilíbrio eletroquímico. Anodo: eletrodo no qual ocorre a oxidação (corrosão) e de onde a corrente (na forma de íons metálicos positivos) entra no eletrólito. Eletrólito: meio condutor (geralmente líquido) que contém os íons que transportam a corrente até o catodo. Catodo: eletrodo onde ocorre a redução e o local onde a corrente sai do eletrólito. Circuito metálico: elo de ligação entre anodo e catodo e por onde migram os elétrons (no sentido andodo-catodo).
Representa o ambiente iônico nas vizinhanças de uma superfície carregada. Uma dupla camada elétrica se forma todas as vezes que condutores ou semicondutores diferentes são colocados em contato. Quando o contato ocorre entre um condutor eletrônico (metal ou semicondutor) e um condutor iônico (solução ou óxido) temos a formação de um eletrodo. A dupla camada elétrica é originada da separação de cargas na interface (região de contato entre duas fases condensadas), devido à separação de cargas uma diferença de potencial se estabelece entre o metal e o eletrólito (através da interface). O arranjo ordenado de cargas elétricas na interface metal-solução é o que constitui a dupla camada elétrica. 
A imersão de um metal, sob a forma de lâmina, placa, bastão, fio, tela, etc. nas soluções eletrolíticas, determina o estabelecimento de uma diferença de potencial entre as duas fases: a sólida e a líquida. Esta diferença de potencial é, simultaneamente, de natureza elétrica e de natureza química, e por isso se denomina diferença de potencial eletroquímico. 
Como sabemos o hidrogênio é um gás, e por isso utilizamos um eletrodo inerte, ou seja, um material não reativo que conduz corrente elétrica; normalmente esse eletrodo é a platina. O gás H2 é borbulhado em torno do eletrodo da platina que está mergulhado numa solução que contém íons H+. O hidrogênio fica detido na superfície da platina. Utilizando uma solução nas condições padrão (1 mol/L de H+, pressão do H2 a 1 atm e a 25°C), temos o eletrodo-padrão de hidrogênio.
Os metais que estão acima do hidrogênio na tabela, à medida que se desce na mesma, são ditos menos reativos, com menor tendência à oxidação menos anódicos e mais nobres, consequentemente à medida que se sobe na tabela são mais reativos e com maior tendência à oxidação mais anódicos e menos nobres.
Além do eletrodo de hidrogênio podem ser usados outros eletrodos de referência como, por exemplo, calomelano, prata-cloreto de prata e cobre – sulfato de cobre. Os eletrodos de calomelano e prata – cloreto de prata são considerados de segunda espécie, isto é, constituídos por um metal em contato com um sal pouco solúvel desse metal, estando o conjunto imerso numa solução contendo os ânions do sal. 
A tabela de potenciais nos dá a possibilidade de uma reação processar-se mas não diz nada quanto à velocidade da reação, isto é, quanto a cinética da reação. A tabela foi estabelecida para condições padronizadas, logo, se essas condições mudarem os valores dos potenciais também serão alterados. A concentração pode vir a ser alterada durante o processamento da reação por diversos fatores.
Os principais componentes de uma pilha eletroquímica são:
- Anodo: eletrodo em que há oxidação e onde a corrente elétrica, na forma de íons metálicos positivos, entra no eletrólito. 
- Eletrólito: condutor contendo íons que transportam a corrente elétrica do anodo para o catodo. 
- Catodo: eletrodo onde a corrente elétrica sai do eletrólito ou eletrodo no qual as cargas negativas provocam reações de redução.
- Circuito metálico: ligação metálica entre o anodo e o catodo por onde escoam os elétrons, no sentido anodo-catodo. 
A oxidação ocorre no anodo, ou seja no agente redutor, enquanto que a redução ocorre no catodo, ou seja no agente oxidante. 
Pilhas de eletrodos metálicos diferentes: eletrodos constituídos de diferentes substâncias, portanto, possuem diferentes potenciais; Pilhas de concentração: eletrodos da mesma substância, mas as soluções contem atividades diferentes ou eletrodos da mesma substância, soluções contem atividades iguais, mas eletrodos estão submetidos a diferentes pressões parciais de substancias gasosas; Pilhas de temperaturas diferentes: eletrodos estão a temperaturas diferentes.
A diferença de concentração dooxigênio origina uma diferença de potencial, funcionando o eletrodo mais aerado como catodo e o menos aerado como anodo. Ao aplicar a equação de Nernst vemos que o valor Epilha só será positivo (espontâneo) se P(O2)c > P(O2)a, logo o anodo é o eletrodo menos aerado e o catodo é o eletrodo mais aerado. Nos casos práticos as pilhas de aeração diferencial não se formam com metais inertes, mas sim com metais ativos como ferro, zinco, alumínio, aços inoxidáveis etc. Nesses casos, a reação anódica no compartimento menos aerado é a oxidação do próprio metal. 
Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. Na atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo. Nos solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos.
Uma substância corrosiva é aquela que por ação química ou eletroquímica é capaz de destruir ou irreversivelmente danificar substâncias ou superfícies com as quais esteja em contato.
Meios neutros ou ácidos desaerados : 2H+ + 2e→ H2 ; Meios neutros ou básicos aerados : 2H2O + O2+ 4e → 4OH- .
As reações na área anódica (anodo da pilha de corrosão) são reações de oxidação. A reação mais importante e responsável pelo desgaste do material é a de passagem do metal da forma reduzida para a iônica (combinada). M →Mn+ + ne	(responsável pelo desgaste do metal). As reações na área catódica (cátodo da pilha de corrosão) são reações de redução. Em meios não aerados há liberação de H2, o qual é absorvido na superfície e responsável pela sobretensão ou sobrevoltagem do hidrogênio. Este fenômeno provoca o retardamento do processo corrosivo e chama-se polarização catódica. Em meios aerados há o consumo do H2 pelo O2, não havendo a sobrevoltagem do hidrogênio. Neste caso não há, portanto, a polarização catódica e haverá, consequentemente, a aceleração do processo corrosivo.
Os produtos de corrosão nos processos eletroquímicos são, em geral, resultantes da formação de compostos insolúveis entre o íon do metal e o íon hidroxila. O produto de corrosão é, portanto, na grande maioria dos casos hidróxido do metal corroído, ou óxido hidrato do metal. Quando o meio corrosivo contiver outros íons poderá haver a formação de outros componentes insolúveis e o produto de corrosão pode ser constituído de sulfetos, sulfatos, cloretos, dentre outras.
Polarização é a modificação do potencial de um eletrodo devido a variações de concentração, sobrevoltagem de um gás ou variação de resistência ôhmica. Os fenômenos de polarização promovem a aproximação dos potenciais das áreas anódicas e catódicas e produzem aumento na resistência ôhmica do circuito, limitando a velocidade do processo corrosivo.
Quando as reações de corrosão são controladas predominantemente por polarização nas áreas anódicas: diz-se que a reação de corrosão é controlada anodicamente e que o eletrodo está sob o efeito de uma polarização anódica. Quando as reações de corrosão são controladas predominantemente por polarização nas áreas catódicas: diz-se que a reação é controlada catodicamente e que o eletrodo está sob o efeito de uma polarização catódica. Quando é controlada pelo aumento de resistência de contato das áreas anódicas e catódicas: diz-se que a reação é controlada ohmicamente.
Polarização por concentração: Este tipo de polarização ocorre frequentemente em eletrólitos parados ou com pouco movimento. O efeito de polarização resulta do aumento de concentração de íons do metal em torno da área anódica (baixando o seu potencial na tabela de potenciais) e a rarefação de íons H+ no entorno da área catódica. Caso o eletrólito possua movimento ambas as situações não devem acontecer. Polarização por ativação: Este tipo de polarização ocorre devido à sobrevoltagem de gases no entorno dos eletrodos. Os casos mais importantes no estudo da corrosão são aqueles em que há liberação de H2 no entorno do catodo ou do O2 no entorno do anodo. A liberação de H2 no entorno do catodo é denominada polarização catódica e assume particular importância como fator de controle dos processos corrosivos. Polarização ôhmica: ocorre devido a precipitação de compostos que se tornam insolúveis com a elevação do pH no entorno da áreas catódicas. Estes compostos são principalmente carbonatos e hidróxidos que formam um revestimento natural sobre as áreas catódicas, principalmente carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio.
Passivação é a modificação do potencial de um eletrodo no sentido de menor atividade (mais catódico ou mais nobre) devido à formação de uma película de produto de corrosão. Esta película é denominada película passivante. Os metais e ligas metálicas que se passivam são os formadores de películas protetoras.
As modificações no potencial de eletrodo resultante da polarização provoca mudança no valor deste potencial alterando o ponto de equilíbrio, fazendo com que o potencial anódico desloque no sentido catódico e vice-versa. A determinação experimental da curva de polarização de certo material, num dado eletrólito, pode ser feita por dois métodos distintos: método galvanostático ou método potenciostático.
Os fenômenos de polarização assumem grande importância na cinética dos processos de corrosão eletroquímica e muito particularmente para a proteção catódica, a qual consiste essencialmente na polarização catódica da estrutura a proteger.
A velocidade com que se processa a corrosão é dada pela massa de material desgastado, em uma área, durante certo tempo, ou seja, pela taxa de corrosão. A taxa de corrosão pode ser representada pela massa desgastada por unidade de área na unidade de tempo. A massa deteriorada pode ser calculada pela equação de Faraday: m = e.i.t onde: m = massa desgastada, em g; e = equivalente eletroquímico do metal; i = corrente de corrosão, em A; t = tempo em que se observou o processo, em s.
O controle da velocidade de corrosão pode se processar na área anódica ou na área catódica, no primeiro caso diz-se que a reação de corrosão é controlada anodicamente e no segundo caso catodicamente. Quando o controle se dá anódica e catodicamente diz-se que o controle é misto.
Efeito da aeração do meio corrosivo: como foi dito anteriormente oxigênio funciona como controlado dos processos corrosivos. Portanto, na pressão atmosférica a velocidade de corrosão aumenta com o acréscimo da taxa de oxigênio dissolvido. Isto ocorre por ser o oxigênio um elemento despolarizante e que desloca a curva de polarização catódica no sentido de maior corrente de corrosão. Efeito do pH de eletrólito: a maioria dos metais passivam-se em meios básicos (exceção para os metais anfóteros). Portanto, as taxas de corrosão aumentam com a diminuição do pH. Efeito da temperatura: o aumento de temperatura acelera, de modo geral, as reações químicas. Da mesma forma também em corrosão as taxas de desgaste aumentam com o aumento da temperatura. Com a elevação da temperatura diminui-se a resistividade d eletrólito e consequentemente aumenta-se a velocidade de corrosão. Efeito da velocidade: a velocidade relativa, superfície metálica-eletrólito, atua na taxa de desgaste de três formas: para velocidades baixas há uma ação despolarizante intensa que se reduz à medida que a velocidade se aproxima de 8 m/s (para o aço em contato com água do mar). A partir desta velocidade as taxas praticamente se estabilizam voltando a crescer para altas velocidades quando diante de um movimento turbulento tem-se, inclusive, uma ação erosiva.
Os diagramas de Pourbaix são como gráficos que levam em conta a variável potencial de eletrodo de um material – geralmente metal – eo pH do meio (potencial hidrogeônico) num ambiente isotérmico, são calculados de acordo com a equação de Nerst. Esse gráfico cria a possibilidade da se prever se o material seria resistente ou não a um estado de corrosão.
O diagrama de Pourbaix dos metais anfóteros mostram dois campos em que o metal se apresenta sob a forma iônica, portanto são campos de corrosão. Exemplos de metais anfóteros: Chumbo, alumínio, estanho, antimônio e zinco. 
As formas segundo as quais a corrosão pode manifestar-se são definidas principalmente pela aparência da superfície corroída, sendo as principais:
- corrosão uniforme: quando a corrosão se processa de modo aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada. Esta forma é comum em metais que não formam películas protetoras, como resultado do ataque;
- corrosão por placas: quando os produtos de corrosão formam-se em placas que se desprendem progressivamente. É comum em metais que formam película inicialmente protetora, mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perdem aderência, expondo o metal a novo ataque;
- corrosão alveolar: quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob forma localizada, com o aspecto de crateras. É frequente em metais formadores de películas semi protetoras ou quando se tem corrosão sob depósito, como no caso da corrosão por aeração diferencial;
- corrosão por pite: quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de alta intensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordos angulosos. A corrosão por pite é frequente em metais formadores de películas protetoras, em geral passivas, que, sob a ação de certos agentes agressivos, são destruídas em pontos localizados, os quais se tornam ativos, possibilitando corrosão muito intensa. 
- corrosão intergranular ou intercristalina: quando o ataque se manifesta no contorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeníticos sensitizados, expostos a meios corrosivos;
- corrosão transgranular ou transcristalina: quando o fenômeno se manifesta sob a forma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no caso da corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeníticos.
As taxas de corrosão expressam a velocidade do desgaste verificado na superfície metálica. A avaliação correta das taxas de corrosão é, de modo geral, de grande importância para a determinação da vida útil provável de equipamentos e instalações industriais. Os valores das taxas de corrosão podem ser expressos por meio da redução de espessura do material por unidades de tempo, em m/ano ou em perda de massa por unidade de área, por unidade de tempo, por exemplo, mg/dm2/dia (mdd). Pode ser expressa ainda em milésimos de polegada por ano (mpy).