CORROSÃO METÁLICA
Tópicos de aula ◊ ◊ ◊ ◊
Velocidade de corrosão. Polarização. Passivação. Diagrama de Pourbaix.
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Velocidade de corrosão. Polarização. Passivação. Diagrama de Pourbaix.
VELOCIDADE DE CORROSÃO
VELOCIDADES DE CORROSÃO ◊
Velocidade média: permite estimar o tempo de vida útil de uma determinada estrutura. ◊
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Pode ser medida pela diferença de peso do material metálico ou pela determinação da concentração de íons metálicos em solução.
Velocidade instantânea: permite verificar a necessidade de aumentar/diminuir a concentração de um inibidor em um dado momento. ◊
Pode ser determinada pela seguinte equação:
m: massa do metal (g) K: equivalente eletroquímico do metal (massa molar/carga) i: corrente de corrosão ( velocidade de corrosão ) (Ampère) t: tempo (segundo) F: constante de Faraday (96.487 Coulomb)
Determinações de velocidade válidas apenas para corrosões uniformes (não localizadas), por que?
Curvas representativas de velocidades de corrosão Curva A: velocidade de corrosão é Curva B: idêntica a A, porém há um constante. Ocorre quando a superfície período de indução que está relacionado metálica não varia, o produto de corrosão é ao tempo gasto pelo agente corrosivo para inerte e a concentração do agente corrosivo destruir películas protetoras previamente é constante. existentes.
Curva C: velocidade inversamente proporcional à quantidade do produto de corrosão formado. Ocorre quando o produto de corrosão é insolúvel e adere à
Curva D: velocidade de cresce rapidamente. Ocorre quando os produtos de corrosão são solúveis.
QUAIS FATORES OIDEM INFLUENCIAR A VELOCIDADE DE CORROSÃO? FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE CORROSÃO Efeito do oxigênio dissolvido: velocidade no início é rápida, tendendo a diminuir com a formação da camada de óxido. ◊
2H2O + O2 + 4e ◊
-
4OH
Aumento da concentração de oxigênio, inicialmente acelera a corrosão do ferro, pois O2 consome os elétrons gerados na reação anódica, de acordo com:
Concentração crítica de O 2: a partir da qual a velocidade de corrosão decresce (formação de película passivadora). Películas passivadoras podem sofrer fraturas e dar origem a pilhas locais (ativa-passiva): severa corrosão localizada.
FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE CORROSÃO Efeito do pH : na corrosão do ferro, em água aerada e temperatura ambiente. ◊
10:aumento taxa corrosão pois o Fe se taxa dediminui, corrosão devido pH 4: pH<> 4-10: taxadededa corrosão independe do pH.ao torna passivo presença de álcalis (formação de fato da possibilidade de redução H +, além do Dependerá dana rapidez com que Odo 2 difunde para a hidróxidos e O2 dissolvido (formação de O2, presente no superfície insolúveis) metálica (reação demeio. controle catódico). +óxidos- insolúveis). n/4O2nH +Hne + n/2 2O + ne + n/4O2 + nH + ne
n/2H2nOH
n/2H2O
FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE CORROSÃO Efeito da temperatura: geralmente, o aumento da temperatura acelera a corrosão, pois aumenta a condutividade do eletrólito. ◊
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sais podem agir acelerando (aumento condutividade) ou retardando (precipitação de produtos de corrosão, diminuição solubilidade O2, ação passivadora) a velocidade de corrosão. Efeito
de
sais
dissolvidos:
POLARIZAÇÃO
RELAÇÃO DA POLARIZAÇÃO COM A VELOCIDADE DE CORROSÃO Em princípio: quanto maior a ddp entre dois eletrodos, maior seria a velocidade de corrosão. Entretanto, E é um parâmetro termodinâmico ( G) e, utilizá-lo na análise cinética, sem levar em consideração outros fatores, pode induzir a conclusões errôneas.
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A ddp indica apenas quem atuará como anodo ou catodo. A velocidade das reações anódica e catódica dependerá das características de polarização do sistema.
SOBREPOTENCIAL ( ) Todo metal imerso em solução contendo seus próprios íons, possui um potencial (E ). Se uma corrente (I) circular por esse eletrodo, E variará, e o novo valor E’ dependerá de I aplicada. A diferença entre esses dois potenciais é conhecida como sobrepotencial, dado por: ◊
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= E’ - E
POTENCIAL DE CORROSÃO (E corr ) Caso em que o potencial inicial é diferente do potencial de equilíbrio termodinâmico, devido a reações e fenômenos que interferem no processo. ◊
POLARIZAÇÃO Variação de E corr ao circular uma corrente pelo eletrodo. ◊
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Dois metais ligados e mergulhados em um eletrólito estabelecem uma diferença de potencial que diminui com o tempo (E anodo se aproxima E catodo e vice-versa). Polarização dos eletrodos: polarização catódica e polarização anódica. Se anodo e catodo estiverem em curto-circuito e o eletrólito for de alta condutividade, R é muito pequeno e, então, a corrente de corrosão será máxima (ponto de intersecção das curvas de polarização). Em cada ponto da curva, a voltagem da célula E ’ cel é dada por: E’
= E’
E’
= I’R
PASSIVAÇÃO
PASSIVAÇÃO Nas condições em que o material se torna passivo, seu comportamento eletroquímico revela um potencial mais nobre (menos ativo), sofrendo corrosão mais lenta. A passivação é um processo que depende do material e do meio. ◊
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Alguns metais e ligas se passivam ao ar (Cr, Ni, Zr etc), enquanto outros sofrem passivação em meios muito específicos (Pb em H2SO4, Mg em H2O, Fe em HNO3).
A passivação melhora a resistência à corrosão e é conseguida por oxidação usando-se substâncias convenientes (HNO3 conc., K2Cr2O7, O2 do ar) ou por polarização anódica.
PASSIVAÇÃO A passivação é causada pela deposição de um filme de óxido ou hidróxido sobre a superfície metálica ou por um estado oxidado da superfície, que impedem o contato entre o metal e o meio corrosivo. A passividade de um metal pode ser destruída por substâncias redutoras, polarização catódica e íons halogenetos (principalmente, Cl-), que penetra na camada passivadora ou a dispersa. ◊
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Na pilha ativa-passiva que se forma, a área anódica está localizada nos pontos em que houve destruição da passividade e, como essas áreas são muito pequenas em relação à área catódica, haverá corrosão acelerada nesses pontos.
DIAGRAMA DE POURBAIX
DIAGRAMA DE POURBAIX As reações mais relevantes corrosivos são: ◊
(1) M
n+
+ ne
-
+
M(OH)n + nH + ne -
-
(3) M + 2n(OH ) -
(4) M + n(OH ) +
+ nH
MOn
-
+ H2O + ne
-
M(OH)n M(OH)n
Reação (1) só depende do potencial (termo em e-); (2) e (3) dependem do potencial e do pH (termos em H+ ou OH-); (4) e (5) dependem somente do pH. Para representar essas reações dependentes de ambos, pH e potencial, Marcel Pourbaix desenvolveu diagramas do tipo E vs pH. ◊
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-
processos
M
(2) M + nH2O
(5) MOn
nos
DIAGRAMA DE POURBAIX Método gráfico que relaciona E e pH, e apresenta uma possibilidade para se prever as condições sob as quais pode-se ter corrosão, imunidade ou passividade. ◊
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Apenas um metal é representado em cada diagrama.
O diagrama é, normalmente, simplificado e mostra de forma sumária o comportamento previsto para um metal puro imerso em água pura. ◊
Extremamente útil no estudo da corrosão e da proteção contra corrosão dos metais em meio aquoso.
Diagrama simplificado de potencial e pH para o sistema Fe-H2O
Reações Reações Reações que que que dependem sósódependem dependem do pH dedoeE pH de sãosão são representadas representadas porpor um por um conjunto um conjunto conjunto dede paralelas de retas retas E representadas paralelas e inclinadas paralelas ao eixo ao emeixo das relação abscissas. das aos ordenadas. eixos coordenados.
ENSAIOS DE CORROSÃO Ensaios de laboratório: • • • •
Estudar o mecanismo do processo corrosivo; Indicar o material metálico mais adequado para determinado meio corrosivo; Controlar a qualidade de materiais quanto a resistência a corrosão Determinar se um metal, liga ou revestimento protetor satisfaz as esoecificações de um ensaio de corrosão.
http://www.youtube.com/watch?v=6JjS2aIj0vo
ENSAIOS DE CORROSÃO Ensaios de Campo: • •
Estudar a eficiência de medidas de proteção anticorrosiva Selecionar o material mais adequado para determinado meio corrosivo e estimar a durabilidade provável nesse meio
Inspeção de dutos por PIGs É uma das maneiras de se conhecer o dano causado pela corrosão em um duto ao longo dos anos. Possuem sensores e dispositivos que inspecionam as condições físicas dos dutos.
Taxa de corrosão PERDA DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO
T.C. = ( P0 - PF ) / ( A0 . t )
ONDE : P0 = peso do metal antes da exposição ao meio. PF = peso do metal após a exposição ao meio e a remoção do produto de corrosão. A0 = soma das áreas de todas as superfícies do metal expostas ao meio. t = tempo de exposição do metal ao meio. A unidade de medida utilizada na determinação dessa taxa de corrosão é: - miligrama por decímetro quadrado por dia - mdd.
EXERCÍCIOS
7. Uma placa metálica foi removida de um navio submerso. Estimou-se que a área original da placa era de 800 cm2 e que cerca de 7,6 kg do material da placa foram corroídos durante a submersão. Assumindo que a taxa de corrosão do metal em água do mar é de 4 mm/ano, estime o tempo, em anos, que o navio permaneceu submerso. A densidade do metal é de 4,5 g/cm3.
