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Formas de Corrosão Núcleo de ciência e Engenharia de Materiais Profa . Michelle Cardinale Macedo INTRODUÇÃO A corrosão pode ocorrer sob diferentes formas, e o conhecimento das mesmas é muito importante no estudo dos processos corrosivos. As formas (ou tipos) de corrosão podem ser apresentadas considerando a aparência ou forma de ataques e as diferentes causas da corrosão e seus mecanismos. Pode-se ter corrosão segundo: A Morfologia: Uniforme; Por placas; Alveolar; Puntiforme; Intergranular; Intragranular; Filiforme; Grafítica, Por esfoliação, Dezincificação, Em torno de cordão de solda Empolamento por hidrogênio; Pode-se ter corrosão segundo: A causa ou mecanismo: Por aeração diferencial; Eletrolítica ; Por correntes de fuga; Galvânica; Associada a solicitações mecânicas; Em torno de cordão de solda; Seletiva (grafítica e dezincificação); Empolamento pelo hidrogênio; Fragilização pelo hidrogênio; Pode-se ter corrosão segundo: Os fatores mecânicos: Sob tensão; Sob fadiga; Por atrito; Associada à erosão; Localização do ataque: por pite; uniforme; Intergranular; intragranular etc. Pode-se ter corrosão segundo: O meio corrosivo: Atmosférica; Pelo solo; Induzida por microrganismo; Pela água do mar; Por sais fundidos etc. A caracterização segundo a morfologia auxilia bastante no esclarecimento do mecanismo e na aplicação de medidas adequadas de proteção. Por que é importante conhecer a morfologia? Corrosão Uniforme: se processa em toda a extensão da superfície (perda uniforme de espessura) A corrosão generalizada é caracterizada pela corrosão de toda a superfície do metal exposto a um determinado meio, resultando um diminuição gradativa de espessura. Ocorre em conseqüência de múltiplas células de corrosão distribuídas na superfície do metal, ou seja, áreas anódicas e catódicas distribuídas aleatoriamente. A razão disto é a existência na superfície metálica de uma grande heterogeneidade, seja por razões estruturais, seja pela presença de impurezas, incrustações ou fases distintas. Como ocorre a corrosão generalizada Através de ensaios de perda de massa ou espessura em função do tempo de exposição ao meio corrosivo; A taxa de corrosão obtida é expressa em termos de perda de espessura em função do tempo, sendo as unidades mais comuns: -mm/a ou μm/a (milímetros ou micrometros por ano); -ipy (polegada por ano); - m.d.d (miligrama por decímetro quadrado por dia). Como avaliar uma corrosão generalizada: A corrosão generalizada, apesar de ser responsável pela destruição de grande parte dos metais, em termos de toneladas de metal corroído, é a menos problemática já que é um tipo de corrosão que pode ser previsível e fácil de ser identificado sendo, por esta razão, mais simples a sua prevenção. Observação Importante Corrosão por placas: A corrosão se localiza em regiões da superfície metálica e não em todo sua extensão, formando placas com escavações. Trecho de tubo com corrosão por placas, chegando a perfurar. Corrosão em placas em tubo de aço-carbono. Corrosão Alveolar: A corrosão se processa na superfície metálica produzindo sulcos ou escavações semelhantes a alvéolos apresentando fundo arredondado e profundidade geralmente menor que o seu diâmetro. Trecho de tubo de aço-carbono com alvéolos. Corrosão Puntiforme ou por pite: A corrosão se processa em pontos ou em pequenas áreas localizadas na superfície metálica produzindo pites, que são cavidades que apresentam o fundo em forma angulosa e profundidade geralmente maior do que seu diâmetro. Corrosão por pite em tubo de aço inoxidável AISI 304. Corrosão por pite em tubo de aço inoxidável. metal no estado passivo; meio estagnado e metal imóvel; meio contendo íons agressivos (Cl-, Br-, I- ); presença de falhas no filme de óxido protetor; superfície horizontal (os pites se desenvolvem na direção e sentido da força gravitacional devido ao represamento de solução dentro da sua cavidade). Condição para que ocorra formação de pite Placas ou alveolos às vezes são considerados como pites, criando divergência de opiniões. A importância maior é a determinação das dimensões dessas cavidades, a fim de se verificar a extensão do processo corrosivo. No caso de pite é importante considerar: O número de pites por unidade de área; O diâmetro; A profundidade A profundidade do pite pode ser determinada das seguintes formas: Seccionar o pite selecionado, polir e medir a profundidade com: Micrômetro; Auxílio de microscópio- focalizar, inicialmente no fundo do pite e, em seguida, a superfície não corroída do material. A distância entre os dois níveis de foco representa a profundidade do pite. Profundidade de pite. •Fator de pite: relação entre o valor de pite de maior profundidade e o valor médio (cinco pites mais profundos) M mp pite P P F Profundidade de pite ou alvéolo medida com microscópio. Quando mais Fpite se aproxima de 1 haverá maior incidência de pites com profundidades próximas Várias formas de pites, segundo a ASTM Pite profundo Pite ocluso Pite hemisférico Agitação da solução; Manter o potencial do metal abaixo, do potencial de pite; Adicionar inibidores de corrosão; Revestir com metal mais anódico (exemplo, Zn/aço); A adição de alguns elementos de liga como o Mo , Cr e Ni aumentam a resistência do aço inox à corrosão por pites . Maneiras de se evitar a corrosão por pites Porque sua ocorrência não pode ser prevista com a facilidade, por exemplo, que se prevê a corrosão generalizada. Sua detecção também é dificultada devido ao seu caráter localizado e de pequenas dimensões. Observação Importante A corrosão por pite não é um tipo de corrosão de fácil controle, por quê? Intergranular: corrosão entre os grãos da rede cristalina do material. Pode fraturar por esforços mecânicos, tensão fraturante (CTF) É uma forma de ataque localizado no qual uma faixa estreita, situada ao longo dos contornos de grão de uma liga metálica, é corroída preferencialmente. Este tipo de corrosão ocorre devido à formação de microcélulas de corrosão nas vizinhanças dos contornos de grão. As microcélulas, são originadas devido: À presença de precipitados de segunda fase nos contornos de grão; À presença de segregações em contorno de grão (Fe no Al); Enriquecimento de uma fina zona adjacente aos contornos por um dos elementos de liga (Zn no latão); Empobrecimento de uma fina zona adjacente aos contornos por um dos elementos de liga (Cr no aço inox). Como ocorre a corrosão Intergranular Este tipo de corrosão é muito nociva, pois se concentra em uma área pequena. A corrosão de um percentual mínimo da liga causa desintegração, pois os contornos de grão são responsáveis pela coesão da estrutura. O caso mais conhecido de corrosão intergranular é aquele que ocorre em aços inoxidáveis austeníticos devido a precipitação de carbonetos ricos em cromo nos contornos de grão. Ocorre muito em soldas, o que é chamado de sensitização por soldagem. Observações Importantes Metais com alto grau de pureza não são susceptíveis a corrosão intergranular, sendo este tipo de corrosão associada às ligas metálicas. RELAÇÃO DAS PRINCIPAIS LIGAS METÁLICAS SUSCETÍVEIS À CORROSÃO INTERGRANULAR F o n te: C o rr o s ã o e P ro te ç ã o c o n tr a C o rr o s ã o e m E q u ip a m e n to s e E s tr u tu ra s M e tá lic a s – V o lu m e I LIGA PRECIPITADOS OU SEGREGAÇÕES MAIS COMUNS FINA ZONA FASE QUE CORRÓI Aços Inoxidáveis austeníticos Carbonetos ricos em Cr Empobrecida em Cr Zona empobrecida em Cr Aços inoxidáveis ferríticos Carbonetos e nitretos ricos em Cr Empobrecida em Cr Zona empobrecida em Cr Al-Cu CuAl2 Empobrecida em Cu Zona empobrecida em Cu Al-Mg Al8Mg5 - Precipitado Al8Mg5 Al-Zn-Mg MgZn2 - Precipitado MgZn2 Al-Zn-Mg-Cu CuAl2 Empobrecida em Cu Zona empobrecida em Cu Zn-Al - Enriquecida em Al Zona enriquecida em Al Cu-Zn - Enriquecida em Zn Zona enriquecida em Zn Ni-Fe-Cr Carbonetos ricos em Cr Empobrecida em Cr Zona empobrecida em Cr Ni-Cr-Mo Fases ricas em Mo e Cr Empobrecida em Mo e Cr Dependendo do meio, os constituintes presentes no contorno ou a zona empobrecida podem corroer Corrosão Intergranular das Ligas de Alumínio CuAl 2 A maioria das ligas de alumínio está sujeita a algum tipo de tratamento térmico, usualmente de envelhecimento. Esse tratamento aumenta a resistência mecânica, mas pode conduzir a uma maior sensibilidade à corrosão intergranular. Neste caso, não apresenta suscetibilidade à corrosão intergranular. Formação do CuAl2 (alivia a supersaturação do cobre) Microestrutura quando resfriada lentamente Ilustração esquemática do contorno de grão de uma liga de alumínio com 4% de cobre, na qual houve precipitação de CuAl2 em rede contínua no contorno. Quando uma liga é submetida a um tratamento térmico ou aquecimento que produz precipitados nos contornos de grão, diz que ela está sensibilizada ou sensitizada do ponto de vista da corrosão Ligas de Alumínio Sensitizadas É importante destacar que a corrosão intergranular das ligas Al-Cu ocorrerá nos meios em que a zona empobrecida não se encontra passivada e em atmosferas industriais severas ou em meios cloretados SÉRIE PRINCIPAIS ELEMENTOS PRINCIPAIS FASES POTENCIAL DE ELETRODO (V) TENDÊNCIA À CORROSÃO INTERGRANULAR 2XXX Cobre CuAl2 Zona empobrecida (0,2%Cu) Solução sólida (2%Cu) Solução sólida (4%Cu) -0,73 -0,84 -0,75 -0,69 Quando CuAl2 está presente em rede contínua nos contornos de grão, a liga fica suscetível à corrosão intergranular. O ataque ocorre na zona empobrecida 3XXX Manganês MnAl6 Solução sólida -0,85 -0,83 a -0,84 Não tem problema de corrosão intergranular, pois o precipitado apresenta potencial de eletrodo comparável ao potencial de eletrodo da solução sólida 5XXX Magnésio Mg5Al8 Solução sólida -1,24 -0,84 a -0,87 Em ligas com teor de magnésio acima de 3%, o precipitado Mg5Al8 pode estar presente em rede contínua no contorno, nestas condições, a liga fica suscetível à corrosão intergranular e o ataque do precipitado ocorre. Potencial medido em solução contendo 53g/L de NaCl e 3 g/L de H2O2 a 25 oC QUADRO-RESUMO DO COMPORTAMENTO DE ALGUMAS LIGAS DE ALUMÍNIO EM RELAÇÀO À CORROSÃO INTERGRANULAR F o n te : C o rr o s ã o e P ro te ç ã o c o n tr a C o rr o s ã o e m E q u ip a m e n to s e E s tr u tu ra s M e tá lic a s – V o lu m e I Corrosão Intergranular dos Aços Inoxidáveis Aços Inoxidáveis: Ligas Fe-Cr com um mínimo de 12% de Cr CROMO : Elemento de liga mais importante que dá aos aços inoxidáveis uma elevada resistência à corrosão devido à formação de uma camada passivadora Outros elementos metálicos também integram estas ligas (C, Ni, Mo, Si, Mn, Ti, Nb, etc). Ilustração esquemática de precipitação de carbonetos ricos em cromo em aços inoxidáveis austeníticos aquecidos na faixa de temperatura de sensitização. Fonte: Corrosão e Proteção contra Corrosão em Equipamentos e Estruturas Metálicas – Volume I Corrosão Intergranular dos Aços Inoxidáveis Austeníticos Os aços inoxidáveis austeníticos contendo carbono em teores acima de 0,03% são suscetíveis à corrosão intergranular quando estão sensitizados. Este fenômeno ocorre quando os aços inoxidáveis são aquecidos e mantidos na faixa de temperatura entre 425 a 870oC F o n te : h tt p s :/ /d e g ra d a ti o n e n g .w o rd p re s s .c o m /2 0 1 4 /1 0 /2 3 /f o rm s -o f- c o rr o s io n / Transgranular: Corrosão nos grãos da estrutura cristalina. A corrosão também ocorre sob tensão fraturante (CTF) O material metálico perde suas propriedades mecânicas , podendo fraturar à menor solicitação mecânica. Corrosão sob a forma de filamentos finos e não profundos; Se propagam em direções diferentes e não se ultrapassam; Ocorre geralmente em superfícies revestidas com tintas ou com metais, provocando o descolamento do revestimento. Ocorre com mais freqüência quando a umidade relativa do ar é superior a 85%, em revestimentos mais permeáveis à penetração de O2 e H2O, ou apresentando falhas (riscos ou arestas) Corrosão Filiforme Corrosão filiforme: filamentos em torno do risco da chapa de aço-carbono pintada. Corrosão filiforme em chapa de alumínio anodizado. Corrosão por Esfoliação Corrosão se processa de forma paralela à superfície metálica Ocorre em chapas ou componentes que foram extrudados (achatamento ou alongamento de grãos de inclusões ou segregações) O produto de corrosão, volumoso, ocasiona a separação das camadas; Desintegração do material em planos paralelos à superfície. Ex. ligas de Al Esfoliação em tubo de aço-carbono. Esfoliação em componente de liga de alumínio. Corrosão Grafítica (corrosão seletiva do ferro) Corrosão se processo no ferro cinzento a temperatura ambiente; O ferro metálico é convertido em produto de corrosão , restando apenas a grafite intacta. Corrosão grafítica em componente de bomba centrífuga de ferro fundido: parte escura, área corroída, devido à grafite. ferro é atacado preferencialmente em solos e águas em geral Corrosão por Dezincificação (corrosão seletiva do zinco) Ocorre em ligas de cobre-zinco (latões) Aparecimento de regiões avermelhadas Corrosão preferencial do zinco, restando o cobre sua característica cor avermelhada. Dezincificação em parte interna de componente de latão. zinco é preferencialmente atacado em águas contendo Cl- e CO2, principalmente Empolamento pelo Hidrogênio O hidrogênio atômico (H) penetra no retículo cristalino do metal, como tem pequeno volume atômico se difunde rapidamente, em regiões com descontinuidades. No interior do reticulo cristalino o hidrogênio atômico (H) se transforma em hidrogênio molecular (H2), como seu volume é maior, exerce pressão e origina a formação de bolhas, daí o nome de empolamento. H H2 Chapa de aço-carbono com empolamento por hidrogênio. Tubo com empolamento por hidrogênio resultante da reação entre ácido sulfídrico e aço- carbono. Empolamento pelo Hidrogênio Como evitar o Empolamento por Hidrogênio Evitar fontes de hidrogênio nascente: eletrólise: eletrodeposição, proteção catódica, desengraxe, decapagem química; atmosferas com vapor de água a alta temperatura;craqueamento de petróleo; Utilizar inibidores de corrosão específicos para a reação do hidrogênio; Submeter a peça a alívio de tensões para expulsar o H residual. Corrosão em torno do Cordão de Solda O processo corrosivo ocorre em torno de cordão de solda; Ocorre em aços inoxidáveis não-estalizados ou com teores de carbono maiores que 0,03% A corrosão se processa intergranularmente. Corrosão em tubulação de aço inoxidável Corrosão em área de solda Num estudo comparativo entre as formas de corrosão apresentadas pode-se concluir que: Corrosão localizada (pite, puntiforme alveolar, inter e intragranular) são mais prejudiciais aos equipamentos, pois embora a perde de massa seja pequena , as perfurações ou fraturas podem ocorrer em pequeno período de utilização do equipamento. •Fatores que mais freqüentemente estão envolvidos em casos de corrosão localizada são: relação entre áreas catódica e anódica (Aa ≥ Ac, sempre) Aeração diferencial Variação de pH Variação de produtos de corrosão Material metálico: composição, presença de impurezas, tratamentos térmicos ou mecânicos, condições de superfícies (filmes, contato metálico, depósitos, frestas) Meio corrosivo: composição, diferenças de concentração, aeração, temperatura, velocidade e pH, teor de oxigênio sólidos suspensos, tipo de imersão e agitação. Selecionar 2 casos de corrosão (fotografar) e classificar de acordo com o que foi estudado. Identificar causa e dizer como evitar. Atividade em grupo