Corrosão em Estruturas Metálicas
Corrosão em estruturas metálicas
Os principais minérios de ferro são as hematita(Fe2O3), a magnetita (Fe3O4) e a limonita ( 2Fe2O3H2O), a partir destes minério se obtém o ferro elementar por redução térmica no processo de siderurgia.
O ferro elementar é considerado termodinamicamente instável, ou seja, apresenta a tendência de atingir seu estado estável por meio da formação de um composto metálico, este processo é conhecido como corrosão e é causado pela relação do metal com os agentes presentes no meio.
A corrosão é um tipo de degradação espontânea e irreversível em um material metálico, causando
a perda de propriedades mecânicas como resistência, a elasticidade e a ductilidade.
Como acontece a corrosão?
Os metais são raramente encontrados em seu estado puro, normalmente estão combinados com um ou mais elementos. As formas oxidas dos metais encontrados na natureza são chamados de minérios.
Quando um minério passa pelo processo siderúrgico, ele é modificado para um estado mais puro, durante o processo o minério recebe muita energia, tomando o material final energizado excessivamente. A corrosão pode ser definida como a tendência do material produzido a partir do minério, voltar ao seu estado original de mais energia. A tendência do decréscimo energético é a principal causa da corrosão.
Cada tipo de metal possui uma carga de elétrons em seus átomos, caso o átomo esteja carregado negativamente ( excesso de elétrons) ele é denominado anion (material anodo) , e caso ele esteja carregado positivamente (falta de elétrons) ele é denominado cátion (material catodo).
O processo de corrosão mais comum é a por eletroquímica, que ocorre quando um material catodo e um material anodo estão no mesmo meio, normalmente em meio aquoso e condutor elétrico. Neste processo o anodo perde seus elétrons para o catodo, e este processo de perda de elétrons causa a corrrosão do material anodo, o mesmo apresenta características como perda de massa e surgimento de impurezas na superfície do metal (ferrugem).
Tipos de corrosão
- Corrosão atmosférica
Ocorre em metais expostos ao ambiente externo, sofrendo ação de chuva, orvalho, etc.
- corrosão uniforme
Ocorre em metais expostos em ambientes homogêneos, ou seja, a perda de massa e espessura do metal é igual em todos os pontos de contato com o agente corrosivo.
- Corrosão por placas
Alguns metais ao sofrerem corrosão reagem produzindo placas que inicialmente protegem o material da corrosão, porém com o tempo estas placas ficam mais espessas e soltam da superfície do metal, expondo o mesmo a novo ataque.
- Corrosão por pites ou alveolar
Surgem na superfície do metal pequenas cavidades profundas considerável e não geram placas de ferrugem.
- corrosão por lixiviação
Surgem laminas de material oxidado que se espalham pelo interior do metal atingindo as camadas mais profundas.
-corrosão sob tensão
Este problema é a resultante da soma de tensão e um meio corrosivo. Essa tensão pode ser proveniente de encruamento, solda, tratamento térmico, cargas etc.
- corrosão por frestas
Ocorre em metais que possuem pontos de concentração iônica, gerando a formação de pilhas em frestas.
- corrosão em ranhuras
Ocorre em pontos no material que proporcionam o acumulo de solução aquosa e sujeira que causam a contaminação do processo de corrosão.
- corrosão galvânica
Ocorre quando dois metais estão exposto em meio aquoso, sendo o liquido eletrolítico, assim haverá circulação de íons entre os materiais até que estejam em equilíbrio atômico.
Taxa de corrosão
Existem diversas formas para avaliar a corrosão de um material metálico como de massa, variação da espessura, alteração de uma ou mais propriedades mecânicas como resistência a tração, ao impacto etc.
A intensidade de corrosão, alem da natureza do material metálico e do meio, depende de também de fatores físicos, químicos e biológicos .
As formas mais empregadas para medir a taxa de corrosão são:
Ipy: inches penetration per year (polegada por ano)
mdd: miligrans per square decimeter per Day ( miligramas por decímetro quadrado por ano)
mpy: mils penetration per year (milésimo de polegada por ano)
mmpy: milimeter penetration per year (milimetros de penetração por ano)
mih: miligrans per square inches per hour (miligramas por polegada quadrada por hora)
As tachas nada dizem sob a forma de corrosão. Equivalem a um valor médio, em corrosão uniforme, num intervalo de tempo.
Classificação de metais quando à resistência a corrosão
De acordo com o valor da taxa de corrosão de um metal, expressa em mpy, o mesmo poderá ter boa, media ou baixa resistência a corrosão, conforme tabela:
Proteção contra corrosão
Existem vários métodos de controle para corrosão, cada método tem uma aplicação, e para definirmos o melhor, devemos analisar o tipo de corrosão e enquadrar o método mais eficiente.
Os métodos estão divididos em três grupos:
- Proteção catódica;
- Proteção anódica;
- Revestimento;
Proteção catódica
Este processo torna o metal protegido mais catódico em relação aos outros materiais que estão no meio, por um sistema de pilhas, este sistema pode ser por proteção catódica forçada ou por anodo de sacrifício.
Na proteção catódica forçada o metal que será protegido é ligado no pólo negativo de um gerador de corrente continua, desta forma o material não perde seus elétrons, pois mesmo que seja anodo em relação aos outros do meio, os elétrons serão doados, vêem do gerador de corrente, e não dos átomos do material protegido. Este tipo de proteção é comum em tubulações de água, petróleo e gás.
Na proteção por anodo de sacrifício pretendemos um pedaço de material anodo no material a ser protegido, porem deve-se analisar o meio, pois o material escolhido deve ser anodo em relação a todos os outros do meio, assim o material a ser protegidos não sofrera corrosão, pois quem doará os elétrons será o anodo. Este método é utilizado em tanques de óleo ou água.
Proteção anódina
Este tipo de proteção não anula a corrosão, mas reduz a velocidade, ela ocorre da seguinte maneira, gera-se uma corrente anódica na superfície do material a ser protegido, desta forma o material tende a passivação em relação ao meio. A perda de elétrons do material se torna muito baixa.
Revestimentos
Este tipo de proteção implica na isolação do metal com o meio agressivo, são vários tipos de produtos ou substancias, utilizados na superfície metálica, existem três classes de revestimentos, os revestimentos metálicos, os não metálicos e os metálicos orgânicos.
Revestimentos metálicos
Aplica-se um filme metálico na superfície do material a ser protegido, este filme pode ser tanto anodo (para sofrer a corrosão no lugar do metal base), quanto catodo (não sofre corrosão). Em maquinas e comum o uso de filmes catodo como filme cromo, as famosas peças cromadas.
Revestimentos não metálicos inorgânicos
Aplica-se filmes de materiais como óxidos, cimentos, carbetos, esmaltes, porcelanas. Normalmente utilizados em locais que precisam de revestimentos que agüentem altas temperaturas como formos, pois são materiais de baixa dilatação
Revestimentos metálicos orgânicos
O material mais utilizado neste tipo de proteção é a tinta, não pela eficiência contra a corrosão, mas pelo custo e facilidade de aplicação. A tinta possui três mecanismos principais, o de barreira, inibição e eletroquímico.
Barreira- ocorre quando depositamos uma camada de tinta suficientemente espessa a tal modo que impeça a penetração do meio corrosivo.
Inibição- adiciona-se pigmento na barreira, os quais que em contato com a água que penetra na película forma uma camada passivamente sobre o metal. E o caso do zarcão e cromato de zinco.
Eletroquímico – junto com a tinta e colocado uma grande quantidade de material nodo em forma de pó, ou seja. Este material servirá de anodo de sacrifício, protegendo o metal base, é comum utilizar zinco em pó na pimtura de maquinas agrícolas e de construção civil.
Polímeros
São revestimentos comuns em meios altamente agressivos, as vezes sendo o próprio material de construção da peça. Os mais comuns são os silicones, policloropreno e polietileno
Lubrificação
Lubrificantes como óleos e graxas são muito utilizados na diminuição da taxa de corrosão de um metal, o lubrificante adere ao metal criando uma película que impede a atuação do meio agressivo ao metal base. A aplicação de um lubrificante é comum nas superfícies que não admitem nenhum tipo de revestimento, como de mesas de maquinas de usinagem, fusos, eixos, engrenagens, guias etc.
É comum na área de atuação de maquinas e equipamentos, ao deparar-se com um problema de corrosão, utilizar algum lubrificante, mas muitas vezes este não é o melhor caminho, lembrando que lubrificante tem como principal função a diminuição de atrito entre duas superfícies e não na inibição da corrosão de um metal.
Deve-se sempre analisar o meio que o metal atacado está, pois muitas vezes podemos combater a corrosão de forma mais pratica e barata, com o uso de revestimentos ou outras técnicas que não necessitam de um sistema que lubrifique de tempo em tempo uma determinada peça.