PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO

Proteção contra a corrosão
I
Referências
Livros: –Gentil, Vicente. Corrosão– LTC – Livros Técnicos e
Científicos Editora S.A. 3a edição 1996
Van Vlack, Lawrence H. Princípios de Ciência dos
Materiais. Editora Edgard Blucher Ltda. São Paulo
Site:http://www.abraco.org.br/corros16.htm
1
PROTEÇÃO CONTRA A
CORROSÃO
•
•
Métodos que se fundamentam na modificação do meio corrosivo:
Deaeração
Purificação ou diminuição da umidade do ar
Emprego de inibidores
Métodos que se fundamentam em revestimentos protetores:
Revestimentos com produtos da própria reação ( tratamento químico ou eletroquímico)
Revestimentos metálicos
Revestimento orgânicos ( tintas, resinas)
Revestimentos inorgânicos (esmalte, cimentos)
•
Métodos que se fundamentam na modificação do processo:
Proteção catódica com ânodos de sacrifício
Proteção catódica com tensões elétricas impostas
• Métodos Baseados na modificação do metal:
Pelo aumento da pureza
Pela adição de elementos de liga.
Pelo tratamento térmico
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Prof. Isaias Masiero
Taxa de corrosão do ferro e de algumas
de suas ligas
Tempo de exposição de 1 ano e os valores representam a perda
em g/dm2
Material
Água potável
NaCl 3%
H2SO4 0,5%
Ferro Puro
8,8
5,2
1,2
Ferro Forjado
8,7
6,4
7,1
Ferro Fundido
8,8
6,8
20,5
Aço-carbono
9,0
7,3
3,6
3
Modificação do meio corrosivo
Deaeração da água ou solução neutra
Métodos químicos - adicionando substâncias que consomem O2 sem
modificar o pH.
 Métodos físicos - que podem ser por abaixamento da pressão, aumento
da temperatura ou borbulhamento de gases inertes.
Método baseado em inibidores - adição de substâncias capazes de
reduzir notadamente a velocidade das reações anódicas e catódicas.
O princípio deste método de adição de inibidores consiste em fazer precipitar
um composto insolúvel sobre pontos mais favoráveis de ocorrer a corrosão,
bloqueando assim, a difusão do O2 em direção ao metal .
ex.: Fe  Fe +2 +2OH-  Fe(OH)2 insolúvel. É necessário que o composto
insolúvel precipite exatamente sobre os pontos da superfície metálica onde tem
origem o fenômeno, de modo a bloquear a reação anódica.
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Revestimentos com produtos de reação
• Definição: São revestimentos anti corrosivos inorgânicos obtidos por
reação entre substrato e o meio.
• Destacam-se: Anodização, cromatização e fosfatização.
• Anodização – produção de uma camada protetora de óxido de camada
controlada, com aspecto transparente e portanto permite manter o aspecto
original do metal. O fluxograma abaixo mostra as principais fases do
processo de anodização.
Polimento
Lavagem
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Limpeza
Decapagem
ácida
Desengraxe
Lavagem
Lavagem
Decapagem
alcalina c/NaOH
Anodização
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Revestimentos com produtos de reação
• Anodização – Representação esquemática
+
Ânodo – peça a revestir
Cátodo de Pb
Tanque revestido de Pb
H2SO4  2H+ + SO42-
• Reações no ânodo (peça): 2H2O  O2(g) + 4H+ + 4e• Reações no cátodo: 2H+ + 2e  H2(g)
• O oxigênio gerado no cátodo reage com o alumínio segundo a
reação:
• 2Al + 3/2O2(g)  Al2O3 (revestimiento protetivo)
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Revestimentos com produtos de reação
• Condições para a anodização do Alumínio
Eletrólito
Voltagem
(V)
Densidade de
corrente
(A/dm2)
Temperatura
(°C)
Tempo
(min)
Espessura (m)
Cor
Solução de
H2SO4: 1525%
6-24
1,3-1,5
20-30
30-60
20-30
Cinza-claro
Solução de ác.
crómico: 310%
40-50
0,3-0,5
40
40-50
7-10
Cinza-escuro
Solução de ác.
oxálico: 1-5%
65
1,3-1,5
25-35
30-40
20-30
Amarelada
Corrosão – Vicente Gentil
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Revestimentos com produtos de reação –
corantes para alumínio anodizado
CORANTE
Ferro oxalato de amônio
COR
latão
Acetato de cobalto e
Permanganato de potássio
bronze
Nitrato de chumbo e
Permanganato de potássio
marrom
Sulfato de cobre e
Sulfito de amoníaco ((NH4)2SO3)
verde
Sulfato férrico e
Ferro cianeto de potássio (K4Fe2(CN)6
azul
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Revestimentos com produtos de reação
• Cromatização – Obtenção de uma camada de óxido do metal tratado e metal
alcalino na forma de cromato duplo básico. O revestimento é obtido a partir de
solução de cromato e ácido crômico.
•
Este revestimento pode ser feito sobre metal ou sobre óxidos. Os cromatos são
usados para revestir vários metais não ferrosos, como: Al, Zn, Cd, Mg e também
pode ser aplicados sobre peças revestidas por óxidos anodizados ou fosfatizados.
•
Processo - a peça é imersa rapidamente em uma cuba com solução contendo
cromo hexavalente, ácido inorgânico e ativadores, tais como sulfatos, nitratos,
cloretos, fosfatos ou acetatos. Os ativadores eliminam a passivação do metal
facilitando o ataque do ácido. Na imersão o ácido ataca o metal, com uma
conseqüente elevação do pH junto a superfície da peça; ao mesmo tempo o
hidrogênio nascente reduz o Cr hexavalente para o estado trivalente e ao atingir
um certo pH crítico há precipitação dos íons cromo VI e III na superfície
metálica formando uma camada aderente e praticamente sem poros.
Corrosão – Vicente Gentil
9
Revestimentos com produtos de reação
•
Cromatização – As provaveis reações são:
•
•
•
M  Mn+ + ne
nH+ + ne n/2 H2
HCr2O7- + 3H2  2CR(OH)3 + OH-
•
•
•
Com a elevação do pH tem-se:
HCr2O7- + H2O  2CrO42- + 3H+
2Cr(OH)3 + CrO42- + 2H+  Cr(OH)3.Cr(OH)CrO4 + 2H2O
•
A proteção é proporcionada de uma parte, pela natureza física da camada não
porosa, que impede o contato do metal com o meio corrosivo e, por outro lado,
o cromo VI sendo moderadamente solúvel exerce sua ação inibidora nas
descontinuidades do revestimento. Pela composição do banho obtém-se
camadas com diferentes cores.
Corrosão – Vicente Gentil
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Revestimentos com produtos de reação
• Fosfatização - é um processo de proteção de metais que consiste em
recobrir as peças metálicas com fosfatos neutros (PO4-3) e mono fosfatos
[H(PO4) -2], de zinco, manganês ou de ferro. Como os fosfatos desses
elementos são pouco solúveis em água, depositam-se sobre a superfície
metálica sob a forma de fina camada de cristais. A velocidade de deposição,
o retículo cristalino e a forma de revestimento dependem da nucleação e
crescimento dos cristais.
• As principais propriedades da película de fosfato são: baixa porosidade;
alto poder isolante, o qual impede a propagação de correntes galvânicas;
grande aderência superfície metálica; boa afinidade pelos óleos e vernizes;
baixo custo de aplicação entre outros. A deposição de cristais de fosfato
exige que as peças estejam perfeitamente limpas, isentas de óleos ou de
óxidos.
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Revestimentos com produtos de reação –
resistência do revestimento
Material
Saltspray (h)
Corpos de prova sem proteção
1/10
Corpos de prova fosfatizados
½
Corpos de prova niquelados
10-13
Corpos de prova cromados
23-24
Corpos de prova fosfatizados mais uma camada de
óleo parafínico
60
Corpos de prova recobertos com duas demãos de tinta
(Tinta sintética)
Corpos de prova fosfatizados e tintados com duas
demãos de tinta (Tinta sintética).
70
Mashu em : Gentil, v. Corrosão
>500
12
Revestimentos com produtos de reação –
Reações de fosfatização
•
•
Reações envolvidas no processo de fosfatização:
Reações genéricas:
A – M  Mn+ + ne
C - nH+ + ne  n/2H2
T - M + nH+  Mn+ + n/2H2
Para o ácido fosfórico tem-se: M + 2H3PO4  M(H2PO4)2 +H2
O fosfato formado desta maneira é chamado de fosfato primário (solúvel) mas
pode-se formar também fosfatos secundários e terciários (insolúveis), que se
depositam sobre a superfície metálica. Assim, tem-se os equilíbrios:
M(H2PO4)2  MHPO4 + H3PO4
e 3 MHPO4  M3(PO4)2 +H3PO4
Partindo-se de soluções contendo o fosfato primário e ácido fosfórico livre, tem-se
as seguinte reação:
3 M(H2PO4)2 + x H3PO4 + ( 4 + x)Fe  M3(PO4)2 + (4+x) FePO4 + 3/2(4+x)H2
M= Zn, Ca, Mn, Fe, etc.
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Revestimento Metálico
• Revestimentos anódico- Aqueles cujos revestimento são
de metais cujos potenciais de oxidação são maiores que o
metal base. Ex.: Al, Zn, Cd.
Se houver qualquer porosidade, descontinuidade ou falha
no revestimento, este protegerá anódicamente o metal base,
como uma espécie de ânodo de sacrifício.
Por exemplo, na chapa galvanizada (aço coberto de zinco)
uma falha no revestimento criará uma célula galvânica
entre o Zn e o Fe exposto nesta célula. O Zn é o ánodo e o
Fe é o cátodo. Assim, não ocorrerá ataque ao Fe até que o
Zn nas vizinhanças da fenda se consuma.
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Revestimento Metálico
• Revestimentos catódicos - Aplicação de metais mais
nobres que o metal base. Protegem o metal pela formação
de uma camada contínua e não porosa, isolando-o do meio
corrosivo, sendo esta camada imune ao ataque do meio.
Qualquer porosidade ou ruptura desta camada provocará o
aparecimento de uma célula galvânica onde o metal base é
o ânodo e sofrerá uma corrosão localizada. Portanto, no
revestimento catódico deve-se ter o cuidado para não
deixar falhas no mesmo.
Os revestimentos catódicos aplicados sobre o aço são o
estanho, chumbo, níquel, cromo, cobre e os metais raros
como prata ouro e platina.
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Revestimento Metálico - Objetivos
Finalidade do revestimento
Metais de revestimento
Decorativo
Au, Ag, Cr, Ni, Pt
Resistência à corrosão em contatos elétricos
Sn, Au, Ag, Rh
Endurecimento superficial
Cr
Resistência a corrosão
Cr, Ni, Al, Zn, Cd, Sn,
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Revestimento Metálico
• Os revestimentos metálicos podem ser
subdivididos através do método de
aplicação, podendo ser:
–
–
–
–
Por imersão em metal fundido
Por eletrodeposição
Metalização por aspersão
Deposição química
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Os processos de revestimentos metálicos mais comum são:
Deposição por imersão a quente (ou galvanização):
pela imersão a quente obtém-se, entre outras, as superfícies zincadas e as
estanhadas.
Metalização: o processo por meio do qual se deposita sobre uma
superfície previamente preparada camadas de materiais metálicos. Os metais
de deposição são fundidos em uma fonte de calor gerada no bico de uma
pistola apropriada, por meio de combustão de gases, arco elétrico, plasma e
por detonação.
Eletrodeposição: consiste na deposição de metais que se encontram
sob a forma iônica em um banho. A superfície a revestir é colocada no
catodo de uma célula eletrolítica. Por eletrodeposição é comum revestir-se
com cromo, níquel, ouro, prata, estanho e cadmio.
Deposição química: consiste na deposição de metais por meio de
um processo de redução química. Por este processo é comum revestir-se
com cobre e níquel ( cobre e níquel químicos).
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Revestimentos metálicos aplicados
por imersão em banhos líquidos
Definição - consiste em imergir a peça a ser
protegida em banho de metal líquido de
revestimento possibilitando total recobrimento
da superfície da mesma.
Os metais de revestimento mais usados neste
processo são: Zn, Sn e Al.
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Revestimento com Zinco - Histórico
• Em 1741, o químico francês Melouin descobriu
que o recobrimento de zinco protegia o aço contra
a corrosão.
• Em 1837, o engenheiro Sorel patenteou a
galvanização a fogo (do nome de Luigi Galvani,
1737-1798, um dos primeiros cientistas
interessados na eletricidade)
• Aço e o zinco em contato em eletrólito cria uma
diferença de potencial que faz circular uma
corrente elétrica entre o Zn e o aço.
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Revestimento metálico por imersão
em banho líquido
• Galvanização a quente: Revestimento
com Zn.
21
Vantagens da galvanização a quente
• A galvanização a quente se distingue dos
outros processos de revestimentos metálicos
pelos seguintes aspectos:
– Possibilidade de camada de revestimento alta
(70 a 100 μm)
– Tempo de revestimento baixo
– Aderência do revestimento perfeita
– Processo mais simples
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Revestimento por imersão a quente de zinco
• O revestimento com zinco por imersão a quente é
muito utilizado, principalmente porque esta técnica
permite a deposição de camadas de zinco e zinco-ferro
bem maiores que na aplicação eletrolítica e ainda é
obtida num tempo muito curto o que permite uma alta
produtividade.
• As diversas fases da operação de zincagem, por
imersão a quente estão representadas no fluxograma
abaixo.
23
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24
Exemplo de seqüência de
processo
Maquinas de
limpeza
Calha
vibratória
Carregamento do
tambor
Transporte com
monovia
Escorrimento do excesso de
fluxo com o tambor em
movimento
Caixa metálica
Transporte com
empilhadeira
Tanque de fluxo
Temp. 82°C
Transporte para o
abastecimento da esteira
com monovia
Estufa de preaquecimento
Temperatura de 93°C
Banho de zinco
Temperatura 443 a
454 °C
Saída do zinco e
movimentação lateral
Resfriamento sob
vibração em água pura
Escorrimento do
excesso de fluxo
Enganchamento
manual de peças
Movimentação lateral da
gancheira
Descarregamento da
gancheira automaticamente
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Fases do revestimento de zinco, teor de ferro e
potenciais de redução padrões
FAS ES
TEOR DE FERRO
%
E ( Volts)
0,03
- 0,55
Zeta (colunar)
5,8 a 6,2
- 0,42
Delta (palizada)
7,0 a 11,4
- 0,37
Delta (compacta)
7,0 a 11,4
- 0,32
‘21,0 a 28,0
- 0,02
100
- 0,44
Eta (rica em zinco)
Epsilon (próx. ao aço)
Alfa (aço)
26
Aplicação do fluxo
27
Cuba de zincagem
28
29
Resfriamento da peça
30
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Peso de Zn (g/m2)
www.metalica.com.br
Espessura de camada (μm)
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33
Espessura versus tempo de imersão
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Espessura do revestimento de Zinco exigido
pela norma ABNT NBR 6323
Massa mínima por unidade
de área (g/m²)
Espessura mínima equivalente
do revestimento (um)
Amostra
individual
Média das
amostras
Amostra
individual
Média das
amostras
660
600
77
85
e < 1,0mm
300
350
42
49
1,0 mm < e <
3,0 mm
350
400
49
56
3,0 mm < e <
6,0 mm
450
500
63
70
e > 6,0
530
600
74
84
MATERIAL
Fundidos
Conformado
s
mecanicame
nte
35
Exercícios
1.
2.
3.
4.
5.
6.
O que galvanização a quente? Quais são os princípios de proteção contra a
corrosão do revestimento de Zn?
Que são revestimentos anódicos?
Quais são os métodos que se baseiam em revestimentos protetores?
O que é fosfatização? Onde é sua maior aplicação?
Explique o que é anodização? Quais são as reações na superfície da peça e
no cánodo d Pb?
Asinale as sentenças corretas: a. Galvanizão a quente ou zincagem a quente
é o processo de revestimento de peças com Zn que consiste em imergir a
peça a proteger em banho de zinco líquido. b. Galvanizão a quente ou
zincagem a quente é o processo de revestimento de peças com Sn que
consiste em imergir a peça a proteger em banho de estanho líquido. c.
Cromatização é um processo de proteção contra a corrosão que protege por
separar a peça do meio corrosivo com produtos de reação. d. Cromagem é
um processo de revestimento metálico que separa o meio corrosivo do
objeto revestido. e. Revestimento com Zn é um revestimento anódico
porque, além de separar a peça revestida do meio ele se comporta como um
anódo de sacrifício. f. Anodo de sacrifício é aquele que se oxida
preferêcialmente e obriga o objeto protegido a se comportar como catodo.
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Exercícios
7. Asinale as sentenças corretas: a. Sobre o catodo de Pb na anodização ocorre a seguinte
reação: 2H+ + 2e  H2(g). b. Sobre o catodo de Pb na anodização ocorre a seguinte
reação: Pb+2 + 2e  Pb. c. No processo de anodização utiliza-se catodo de Pb porque ele
em meio acido se passiva comportando-se como um eletrodo inerte. d. Na anodização a
peça é o anodo e sobre ela ocorre as seguintes reações: 2H2O  O2(g) + 4H+ + 4e- e
2Al + 3/2O2(g)  Al2O3 . e. Na anodização, a proteção contra a corrosão é obtida pelo
produto de reação que no caso é a alumina (Al2O3). f. A reação anódica, na anodização
é:
Al2+ + 3e  Al. g. A fosfatização é um processo de proteção contra a corrosão muito
utilizado para proteger a peça com um curto periodo de tempo por exemplo durante a
secagem. h. A fosfatização é um processo de proteção contra a corrosão utilizado para
melhorar a aderencia da tinta e aumentar a resistência a corrosão de objetos pintados. i.
Niquelagem é um processo de revestimento metálico do tipo catódico ou seja so proteje
por separar o meio corrosivo do objeto a proteger.
8. De que são constituídas as camadas intermediarias do revestimento de zinco por imersão a
quente?
9. Que ambiente o zinco é mais corrosivo?
10. Sobre que metais a cromatização é mais utilizada?
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