Corrosão

Um quadro geral do principal fator de deterioração de metais e suas ligas

Neste artigo realizaremos um apanhado geral dos processos de corrosão, abordando seus mecanismos, tipos e formas.

Definição

Define-se corrosão como a desintegração de um material de engenharia em seus átomos constituintes por reações químicas com suas proximidades (podendo aqui usar-se o termo ambiente), podendo estar ou não associado a esforços mecânicos. Em outras palavras, a corrosão é o desgaste de materiais devido a uma reação química.

Esta corrosão assim genericamente definida pode incidir sobre os mais diversos tipos de materiais, sejam metálicos, como por exemplo os aços (ligas de ferro e carbono, predominantemente) ou as ligas de cobre, ou em materiais não metálicos, como os polímeros (vulgarmente “plásticos”), as cerâmicas ou o concreto, embora neste contexto, o termo degradação seja mais adequado e usual.

A ênfase que neste conjunto de artigos será dada será sobre a corrosão dos materiais metálicos, com alguns caso de materiais não metálicos.

Esta corrosão típica dos metais é denominada corrosão metálica. A assim definida corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na liberação de energia, ou noutros termos, significa a reação, no uso mais comum do termo corrosão, predominantemente, na atmosfera e massas de água da Terra com o oxigênio, e genericamente, a oxidação eletroquímica de metais em reação com um oxidante.

A formação de um óxido de ferro devido à oxidação dos átomos de ferro em solução sólida (como é o aço em suas variadas variedades) é um exemplo bem conhecido de corrosão eletroquímica, comumente conhecido pelo termo popular ferrugem. Esse tipo de dano produz tipicamente óxido(s) e/ou sal(is) do metal original.[1][2][3]

Muitas ligas estruturais corroem pela da exposição à umidade apenas presente no ar, mas o processo pode ser fortemente afetado pela exposição a determinadas substâncias. Corrosão pode ser concentrada localmente para formar um buraco ou fratura, ou pode se estender por uma vasta área mais ou menos uniforme de corrosão da superfície. Devido a corrosão ser um processo definível como de difusão controlada, ocorre em superfícies expostas. Como resultado, os métodos para reduzir a atividade da superfície exposta, como a passivação e conversão a cromato, pode aumentar a resistência à corrosão de um material. No entanto, alguns mecanismos de corrosão são menos visíveis e menos previsíveis.[4][5][6]

www.trekearth.com

Deve-se observar que apenas numa nomenclatura antiga e em termos populares, o termo oxidação significa apenas a combinação química com o oxigênio. Num sentido químico moderno, desenvolvido com o aprimoramento da Química e da estrutura dos átomos, tal conceito evoluiu para a definição de que oxidação ocorre quando um elemento ou uma substância (uma “espécie química”) combina-se com o oxigênio, esta espécie química perde elétrons, e tais trocas de elétrons são tratadas dentro do que hoje é definido como reação redox. Modernamente o termo oxidação em Química significa esta perda de elétrons, não necessariamente em presença de oxigênio, considerando-se que seu estado de oxidação aumenta quando um elemento perde elétrons.[7][8][9][10]

Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre o material em questão, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos, abrangendo todos os casos de deterioração por corrosão:

Corrosão Eletroquímica ou Galvânica, relacionada com mecanismos de formação de pilhas galvânicas.
Corrosão Química, relacionada com reações químicas que formam novos compostos a partir no material corroído e o meio corrosivos, mas sem os mecanismos galvânicos.

Corrosão galvânica

Ver nosso artigo específico sobre o tema: Corrosão galvânica

A chamada corrosão galvânica ocorre quando dois metais diferentes e/ou ligas metálicas tem contato elétrico entre si e estão imersos em um eletrólito, podendo, assim, ser tratada como uma corrosão por mecanismo eletroquímico. Geralmente a corrosão metálica por mecanismo eletroquímico está associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio num meio condutor, o eletrólito. Esta disposição produz um par galvânico onde o metal mais ativo apresenta corrosão em um ritmo acelerado e o metal mais nobre apresenta corrosão em ritmo retardado. Quando imerso, nenhum metal, normalmente, apresenta corrosão mais rápida sem a conexão eletricamente condutiva. O tipo de metal ou metais e suas ligas a serem usados são prontamente determinados, seguindo a série galvânica. Por exemplo, o zinco é frequentemente usado como um “ânodo de sacrifício” para estruturas de aço. Corrosão galvânica é de grande interesse para a indústria naval e também em qualquer lugar em contato com massas de água (através de impurezas como o sal), em contatos de tubos ou estruturas metálicas.[5][11][12]

Fatores como o tamanho relativo do ânodo, tipos de metal, e as condições operacionais (como a temperatura, umidade, salinidade, etc) afetam a corrosão galvânica. A relação da área de superfície do ânodo e do cátodo afeta diretamente as taxas de corrosão dos materiais. Corrosão galvânica é freqüentemente utilizada em ânodos de sacrifício.[11]

Para mais detalhes sobre este mecanismo de corrosão, consultar nosso artigo: Corrosão Galvânica

A série galvânica

Em um determinado ambiente (o meio padrão é arejado, em temperatura ambiente da água do mar), um metal será tanto mais nobre ou mais ativo do que o outro, com base em quão fortemente seus íons estarão ligados à sua superfície. Dois metais em partes de contato elétrico compartilham os mesmos elétrons, de modo que um jogo de forças em cada superfície será análogo à um competição de “cabo de guerra” por elétrons livres entre os dois materiais. Usando o eletrólito como um hospedeiro para o fluxo de íons na mesma direção, o metal nobre tomará elétrons do mais ativo. O fluxo de massa resultante ou corrente elétrica pode ser medido para estabelecer uma hierarquia de materiais no meio de interesse. Esta hierarquia é chamada de série galvânica, e pode ser muito útil na predição e entendimento da corrosão.

Remoção de corrosão

Muitas vezes é possível remover quimicamente os produtos de corrosão para obter-se uma superfície limpa, mas que pode apresentar características de variedades da corrosão, tais como perfurações mínimas que levam à fragilização (no jargão do ramo, pitting, de pit, aproximadamente “cova”, “escavação” ou “fosso”). Por exemplo, o ácido fosfórico na forma de “gel naval” é frequentemente aplicado a ferramentas de ferro ou superfícies metálicas de ligas de a base de ferro para remover a ferrugem.

(Recomendamos a leitura de nosso artigo Ácido Fosfórico.)

Uma peça de aço mostrando claramente a diferença entre a parte corroída e a parte com a

corrosão removida (www.autogeek.net).

A remoção da corrosão não deve ser confundida com o eletropolimento que remove algumas camadas do metal de base para obter uma superfície lisa ou mesmo polida. Por exemplo, o ácido fosfórico (novamente) pode ser usado para polimento de cobre, mas faz isso através da remoção do cobre, não dos produtos da corrosão do cobre.

(Recomendamos a leitura de nosso artigo Ácido Fosfórico e Decapagem Química.)

Pode-se também remover alguma parte da corrosão pelo polimento da superfície do metal corroído por um abrasivo e posteriormente através da aplicação de óleo completamente à parte do polimento, posteriormente lavar a superfície do metal e secar completamente essa parte. Depois procede-se a uma pintura na superfície do metal para protegê-lo contra mais corrosão. Isto torna menos custoso acompanhar o processo e manter a remoção sem alta galvanoplastia da superfície.

Resistência à corrosão

Na escolha de materiais para a construção de equipamentos, construções ou instalações é necessário que estes sejam resistentes à ação do meio corrosivo com os quais terão contato (propriedades químicas), somado às propriedades relacionadas às resistências mecânicas adequadas ao tipo de esforços aos quais serão submetidos e características de fabricação adequadas que obtenham tai propriedades, tanto químicas quanto mecânicas.

Alguns metais são intrinsecamente mais resistentes à corrosão do que outros, quer devido à natureza fundamental dos processos eletroquímicos envolvidos ou devido aos detalhes de como formam produtos de reação. Para alguns exemplos, ver a série galvânica. Se um material mais suscetível é usado, muitas técnicas podem ser aplicadas durante a fabricação de um item e usadas para proteger materiais de danos.

Química intrínseca

Os materiais mais resistentes à corrosão são aqueles em que a corrosão é termodinamicamente desfavorável. Quaisquer produtos de corrosão de ouro ou platina tendem a se decomporem espontaneamente em metal puro, razão pela qual estes elementos podem ser encontrados na forma metálica na Terra, e é uma grande parte de seu valor intrínseco. Os metais “base” mais comum só podem ser protegidos por meios mais temporários.

Exemplos de corrosão em superfícies de zinco aplicadas sobre aço (www.unarcorack.com).

Alguns metais tem, naturalmente, cinética de reação lenta, mesmo que sua corrosão seja termodinamicamente favorável. Estes incluem metais tal como o zinco, o cádmio e o magnésio. Enquanto a corrosão destes metais é contínua e permanente, acontece a uma taxa aceitavelmente lenta. Um exemplo extremo é o grafite, que libera grandes quantidades de energia quando em oxidação, mas tem uma cinética lenta que o torna efetivamente imune à corrosão eletroquímica em condições normais.

Passivação

Dadas as condições adequadas, uma fina película de produtos de corrosão podem se formar na superfície de um metal de forma espontânea, agindo como uma barreira à adicional oxidação. Quando esta camada para de crescer em menos de um micrômetro de espessura sob as condições nas quais um material será usado, o fenômeno é conhecido como passivação (a ferrugem, por exemplo, geralmente passa a ser muito mais espessa, e assim não é considerada passivação, porque esta camada oxidada mista não é protetora). Embora este efeito é, em certo sentido, uma propriedade do material, serve como uma barreira cinética indireta: a reação é quase sempre bastante rápida, a menos que uma camada impermeável forme-se. Passivação ao ar e na água com pH moderado é vista em materiais como o alumínio, o aço inoxidável, o titânio e o silício.[6][13][14]

Comparação de peças de aço passivada e não passivada (www.bdfinc.net).

stas condições necessrias para a passivação são específicas para o material. O efeito do pH é graficado usando diagramas de Pourbaix, mas muitos outros fatores são influentes. Algumas condições que inibem a passivação são: o pH elevado para o alumínio, o baixo pH ou a presença de íons cloreto para o aço inoxidável, a alta temperatura para titânio (caso em que o óxido se dissolve no metal, mais do que o eletrólito) e íons de flúor para o silício. Por outro lado, as condições, por vezes, pouco usadas, podem trazer passivação em materiais que normalmente são desprotegidos, como o ambiente alcalino do concreto faz para os vergalhões de aço. A exposição a um metal líquido, como o mercúrio ou a solda quente (metais e ligas de brasagem) pode contornar os mecanismos de passivação.[13][14]

Corrosão em materiais passivados

A passivação é extremamente útil na atenuação da corrosão, no entanto, mesmo uma liga de alta qualidade corrói se sua capacidade de formar uma película passivante é dificultada. Devido aos modos resultantes de corrosão serem mais exóticas e seus resultados imediatos serem menos visíveis do que a ferrugem e outras formas de corrosões extensivas, que muitas vezes passam despercebidas e causam problemas entre aqueles que não estão familiarizados com eles.

Corrosão por pites (pitting)

Ver nosso artigo específico sobre o tema: Corrosão por pites

Sob certas condições, tais como baixas concentrações de oxigênio ou altas concentrações de espécies químicas tais como o íon cloreto, que concorrem como ânions, podem interferir com a capacidade de uma liga de dado material formar uma película de passivação. No pior dos casos, quase toda a superfície permanece protegida, mas pequena flutuações locais irão degradar a película de óxido em alguns pontos críticos. A corrosão nestes pontos será muito ampliada, e pode causar pites (Nota) de corrosão de vários tipos, dependendo das condições.

Nota: Adaptação para o jargão sobre corrosão em português do termo em inglês pit, cova, poço.

Enquanto os núcleos de pits de corrosão formam-se apenas em circunstâncias muito extremas, eles podem continuar a crescer mesmo quando as condições voltarem ao normal, já que o interior de um poço (o pit) é, naturalmente, privado de oxigênio e localmente o pH diminui para valores muito baixos e a taxa de corrosão aumenta devido à um processo auto-catalítico. Em casos extremos, a ponta afiada de um pit de corrosão extremamente longo e estreito pode causar concentração de tensão ao ponto que as ligas de outra forma dura pode quebrar; uma fina película perfurada por um buraco pequena e invisível pode esconder um poço de profundidade de centímetros de qualquer visualização. Estes problemas são especialmente perigosos porque são difíceis de detectar antes de uma falha em peça ou estrutura. Continuam se colocando entre as formas mais comuns e prejudiciais da corrosão em ligas passivadas, mas podem ser prevenidos pelo controle do ambiente onde o metal ou liga está.[11]

Exemplo de corrosão por pits (pitting) profunda generalizada com alguns pits conectados,

formando pits maiores (www.ndt.net [13]).

Desintegração de soldas e ataque em lâmina delgada

O aço inoxidável pode apresentar desafios especiais em se tratando de corrosão, dado o seu comportamento de passivação que depende da presença de um componente menor de liga (o cromo, tipicamente, apenas 18%). Devido às temperaturas elevadas de soldagem ou durante o tratamento térmico inadequado, carbonetos de cromo podem se formar nos contornos de grão de ligas de aço inoxidável. Essa reação química rouba o material contendo cromo na zona perto do contorno de grão, tornando essas áreas muito menos resistentes à corrosão. Isso cria um par galvânico com a liga ainda bem protegida nas proximidades, o que leva a decomposição da solda (corrosão dos contornos de grão perto da soldas) em ambientes altamente corrosivos.

Corrosão em soldas de tubos de aço inoxidável (www.weldreality.com).

Ligas especiais, ou com baixo teor de carbono ou com adição de capturadores de carbono (getters), como o titânio e o nióbio (nos aços 321 e 347, respectivamente), podem evitar este efeito, mas o último requer tratamento térmico especial após a soldagem para evitar o fenômeno semelhante de ataque em lâmina delgada (knifeline, algo como “em linha de faca”, citado também como Knife-Line Attack, KLA). Como o próprio nome indica, este é limitado a uma pequena zona, muitas vezes, apenas alguns micrômetros de diâmetro, que a faz avançar mais rapidamente. Esta zona é muito perto da solda, tornando-o ainda menos perceptível.[15]

Esquema do “ataque em linha de faca” (Knife-Line Attack, KLA) e desintegração numa região de solda,

e seção metalográfica de ataque em “linha de faca” em zona de fusão de solda, ampliada 50X.[15][16]

Corrosão em fresta

A chamada corrosão em fresta, um dos tipos de corrosão por concentração diferencial, é uma forma localizada de corrosão que ocorre em espaços aos quais o acesso do fluido de trabalho a partir do ambiente é limitado. Ocorre em locais que duas superfícies estão em contato ou muito próximas (0,025 a 0,1 mm), sendo estes espaços geralmente chamados de fendas ou frestas. Exemplos de frestas são lacunas e áreas de contato entre as partes, sob as juntas ou vedações, rachaduras dentro de emendas, espaços preenchidos com depósitos e sob pilhas de lodo. Para o caso da água, sua tensão superficial lhe conduz a se alojar nas fendas disponíveis e tende a formar uma célula de concentração, formando pilhas de aeração diferencial, áreas com concentração de oxigênio diferentes, sendo a concentração de oxigênio nas bordas superior à concentração da área mais interna da fenda, tornando esta região anódica, com consequente alta taxa de corrosão.[17][18][19][20]

O mecanismo físico-químico da corrosão em frestas (www.cdcorrosion.com).

Consequentemente, o processo de corrosão se concentra na parte mais distante/profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico do problema. Geralmente esse tipo de corrosão afeta somente pequenas partes da estrutura, sendo menos detectável e portanto mais perigosa do que a corrosão uniforme, cuja ação é mais visível.[17]

Corrosão em fresta desenvolvendo-se, iniciando a deformar cintas em tubulação [19] (www.stoprust.com).

Corrosão microbiana

A corrosão microbiana ou corrosão bacteriana, é uma corrosão causada ou promovida por microorganismos, geralmente quimioautótrofos. Ela pode ser ocorrer tanto em metais como em materiais não metálicos, em ambos na presença e na falta de oxigênio. Bactérias redutoras de sulfato são comuns na falta de oxigênio, produzem sulfeto de hidrogênio, causando a chamada fragilização causada por sulfeto. Na presença de oxigênio, algumas bactérias oxidam ferro diretamente para óxidos e hidróxidos de ferro, outras bactérias oxidam enxofre e produzem ácido sulfúrico causando corrosão por sulfeto biogênico. Células de concentração podem formar-se nos depósitos de produtos de corrosão, causando e aumentando a corrosão galvânica. Corrosão acelerada por baixa água (Accelerated Low Water Corrosion, ALWC) é uma forma particularmente agressiva de corrosão microbiana que afeta estacas de aço em água do mar, perto da linha d’água da maré baixa. Caracteriza-se por um lodo laranja, que tem cheiro de gás sulfídrico, quando tratadas com ácido. Taxas de corrosão podem ser muito altas e recursos de projeto contra a corrosão podem ser ultrapassados em pouco tempo a falha prematura da estaca de aço.[21] Estacas que foram revestidas e receberam proteção catódica instalada no momento da construção não são suscetíveis a ALWC. Para estacas desprotegidas, ânodos de sacrifício podem ser instalados localmente para as áreas afetadas para inibir a corrosão ou um sistema completo de ânodos de sacrifício adaptados podem ser instalado. Áreas afetadas também podem ser tratadas eletroquimicamente usando um eletrodo para a primeira produção de cloro para matar as bactérias, e depois produzindo um depósito de calcário, que vai ajudar a proteger o metal de outros ataques.

Navios afundados como o Titanic e fundos de tanques, típicos exemplos de corrosão bacteriana[22]

(labspace.open.ac.uk).

Corrosão em alta temperatura

A corrosão em alta temperatura é a deterioração química de um material (tipicamente um metal) em condições de temperatura muito alta. Esta forma não-galvânica de corrosão pode ocorrer quando um metal é sujeito a um ambiente de alta temperatura contendo oxigênio, compostos de enxofre ou outros capazes de comportarem-se como oxidantes (ou ajudar a oxidação) do material em questão. Por exemplo, os materiais utilizados na indústria aeroespacial e na geração de energia, e até mesmo em motores de automóveis tem de resistir a longos períodos em alta temperatura nas quais poderão ser exposto a uma atmosfera contendo produtos da combustão potencialmente altamente corrosivos.[6]

Corrosão em alta temperatura combinada com erosão em aço inoxidável em planta de secagem

(www.wear-management.ch).

Os produtos da corrosão de alta temperatura podem ser potencialmente revertidos como uma vantagem para a engenharia do material. A formação de óxidos em aços inoxidáveis, por exemplo, pode fornecer uma camada protetora impedindo ataque adicional da atmosfera, permitindo que um material seja utilizado por períodos sustentados tanto em ambientes com condições hostis como alta temperatura. Tais produtos de corrosão de alta temperatura na forma de óxido de camada de esmalte compactada também apresentam-se para impedir ou reduzir o desgaste durante a alta temperatura de contato deslizante (atrito) de superfícies de metal (ou metálicos e cerâmicos).

Métodos de proteção contra corrosão

Com vistas ao evitar-se a corrosão, procede-se à adoção de uma ou mais formas de proteção contra a corrosão dos metais que levam em conta aspectos técnicos e econômicos. Entre os aspectos técnicos, o meio de exposição é um parâmetro de grande importância.

Tratamentos de superfície

REVESTIMENTOS APLICADOS

A galvanização, a pintura e a aplicação de esmaltes são os tratamentos anti-corrosão mais comuns. Atuam proporcionando uma barreira de material resistente à corrosão entre o ambiente e os danos materiais estruturais (muitas vezes mais baratos, mais resistentes e/ou mais fáceis de serem processados). Além das questões estéticas e de fabricação, existem vantagens e desvantagens em termos de flexibilidade mecânica versus resistência à abrasão e alta temperatura. Superfícies geralmente falham apenas em pequenos trechos, e se o revestimento é mais nobre que o substrato (por exemplo, o cromo sobre o aço), a formação de um par galvânico fará com que qualquer área exposta venha a ser corroída muito mais rapidamente do que uma superfície não revestida o faria. Por esta razão, muitas vezes é prudente superfícies com um metal mais ativo, como o zinco ou o cádmio. A pintura por rolo ou trincha é mais desejável para espaços estreitos; a pulverização é mais adequada para revestimento de áreas maiores, como decks de aço e outras estruturas em contato ou proximidade com água do mar. Os revestimentos de poliuretano flexível, como o Durabak-M26, por exemplo, podem fornecer um selo anti-corrosivo com uma membrana altamente durável e antiderrapante. Revestimentos pintados são relativamente fáceis de aplicar e tem secagem rápida, embora pela temperatura e umidade podem apresentar secagem variada.[4][12]

Revestimento aplicado em coluna de plataforma marítima (stopaq.com).

REVESTIMENTOS REATIVOS

Se o ambiente é controlado (especialmente em sistemas de recirculação), inibidores de corrosão podem muitas vezes pode ser adicionados a este. Os inibidores formam um isolante e/ou revestimento quimicamente impermeável em superfícies metálicas expostas, suprimindo reações eletroquímicas. Tais métodos, obviamente, tornam o sistema menos sensível a riscos ou defeitos no revestimento, uma vez que inibidores extras podem ser feitos de metal disponível onde quer que a superfície se torne exposta. Produtos químicos que inibem a corrosão incluem alguns dos sais que formam a chamada “água dura”, cromatos, fosfatos, polianilinas, outros polímeros condutores e uma ampla gama de produtos químicos especialmente concebidos para que se assemelhem a surfactantes (i.e. moléculas orgânicas de cadeia longa com grupos terminais iônicos).

Peças de aço tratadas com produto fosfatizante (Safegard CC-13062, www.sanchem.com).

ANODIZAÇÃO

As ligas de alumínio são frequentemente submetidas a tratamento de superfície. Condições eletroquímicas no banho são cuidadosamente ajustadas para que os poros uniformes, de vários nanômetros de largura aparecem no filme do óxido metálico. Estes poros permitem que o óxido cresça muito mais espesso do que as condições de passivação permitiriam. No final do tratamento, os poros permitirão a vedação, formando uma camada superficial mais dura do que o normal. Se este revestimento é riscado, os processos normais de passivação assumem o cenário, protegendo a área danificada. A anodização é muito resistente às intempéries e à corrosão, por isso é comumente usada para a construção de fachadas e outras áreas em que a superfície vai entrar em contacto regular com os elementos. Embora seja resistente, devem ser limpos com freqüência. Se deixada sem limpeza, a coloraçâo de borda de painéis (panel edge staining) irá ocorrer naturalmente.

Exemplo das colorações que podem ser aplicadas pela anodização

(www.independentcoatings.com).

REVESTIMENTO POR BIOFILMES

Uma nova forma de proteção foi desenvolvida através da aplicação de certas espécies de filmes bacterianos à superfície de metais em ambientes altamente corrosivos. Esse processo aumenta substancialmente a resistência à corrosão. Alternativamente, produtores de biofilmes antimicrobianos podem ser utilizados para inibir a corrosão de aço leve das bactérias redutoras de sulfato.[23][24][25][26][27]

Película de bactérias formando-se (www.sciencephoto.com).

Cofragem de Permeabilidade Controlada

A Cofragem de Permeabilidade Controlada (Controlled Permeability Formwork, CPF) é um método de prevenir a corrosão das armaduras por aumento natural da durabilidade da cobertura durante a colocação do concreto. A técnica de CPF tem sido utilizada em ambientes para combater os efeitos da carbonatação, geadas, cloretos e a abrasão.[28][29]

Cofragem de Permeabilidade Controlada Zemdrain® (www.maxfrank.co.uk).

Proteção catódica

A proteção catódica (P.C.) é uma técnica para controlar a corrosão de uma superfície metálica, fazendo a superfície o cátodo de uma célula eletroquímica. Sistemas de proteção catódica são mais comumente usados para proteger o aço de tubulações e tanques de água e combustível; estacas de aço de cais, navios e plataformas de petróleo offshore (sobre e no mar).[6]

PROTEÇÃO POR ÂNODO DE SACRIFÍCIO

Para uma P.C. eficaz, o potencial da superfície de aço é polarizado (deslocado) para um valor mais negativo até que a superfície do metal tenha um potencial uniforme. Com um potencial uniforme, a força motriz para a reação de corrosão é interrompida. Para sistemas galvânicos de P.C., o material do ânodo corrói sob a influência do aço e, eventualmente, ele deve ser substituído. A polarização é causada pelo fluxo de corrente do ânodo para o cátodo, impulsionada pela diferença de potencial eletroquímico entre o ânodo e o cátodo.

Ânodos de sacrifício, sua colocação no casco de uma embarcação e detalhes de sua colocação num casco,

com contatos com fonte de corrente (manufacturer.com, tis-gdv.de, mgduff.co.uk).

PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA

Para grandes estruturas, anodos galvânicos não pode fornecer corrente economicamente suficiente para permitir completa proteção. A Proteção Catódica por Corrente Impressa (Impressed Current Cathodic Protection, ICCP) utiliza sistemas de ânodos conectados a uma fonte de alimentação de corrente direta (DC, como um retificador de proteção catódica). Ânodos do sistemas ICCP possuem a forma de haste tubular e sólida de vários materiais específicos. Estes incluem o ferro fundido de alto silício, grafite, óxido de metal misto ou ou hastes e fios de titânio revestidos de platina ou de nióbio.[30][31][32]

Esquema da aplicação de um sistema de proteção por corrente impressa

(editado de www.cathodicprotection101.com).

Proteção anódica

Proteção anódica impõe corrente na estrutura a ser protegida (oposta a uma proteção catódica). É conveniente para os metais que exibem passividade (e.g., aço inoxidável) e utiliza uma pequena corrente passiva adequada em uma ampla gama de potenciais. É usada em ambientes agressivos, e.g., soluções de ácido sulfúrico.

O meio de exposição e a proteção adequada

Quanto ao parâmetro do meio de exposição, o uso de inibidores de corrosão ou o controle de agentes agressivos (como o SO₂, H⁺, Cl^-) mostram-se impraticáveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corrosão atmosférica e o mesmo vale para a utilização da proteção catódica, restando nestes casos somente a modificação do metal ou a interposição de barreiras como uma alternativa para proteção contra a corrosão.

Corrosão em materiais não metálicos

A maioria dos materiais cerâmicos são quase totalmente imunes à corrosão. As fortes ligações iônicas e/ou covalentes que mantem seus átomos juntos deixar a energia química muito pouco livre na estrutura, pois tais materiais podem ser pensados como já corroídos, em outras palavras, que já seriam o produto final de uma oxidação. Quando a corrosão ocorre, é quase sempre uma dissolução simples do material ou reação química, ao invés de um processo eletroquímico. Um exemplo comum de proteção contra a corrosão em cerâmica é a cal adicionada ao vidro soda-cal para reduzir a sua solubilidade em água, embora ele não é tão solúvel como o silicato de sódio puro. Vidro normal forma falhas microscópicas quando exposto à umidade.[33] Devido à sua fragilidade, tais falhas causam uma redução drástica na resistência de um objeto de vidro durante as suas primeiras horas à temperatura ambiente, exigindo um tratamento térmico adequado.

Corrosão em vidro (events.nace.org).

A degradação de polímeros é devida a uma grande variedade de complexos e muitas vezes mal-entendidos processos físico-químicos. Estes são muito diferentes dos outros processos discutidos aqui, e assim o termo “corrosão” só é aplicada a eles em um sentido amplo da palavra. Devido a seu grande peso molecular, muito pouca entropia pode ser obtida através da mistura de uma determinada massa de polímero com outra substância, tornando-os geralmente muito difíceis de se dissolver. Enquanto a dissolução é um problema em algumas aplicações de polímeros, é relativamente simples de projetar-se o contrário. Um problema mais comum é o inchaço e deformações relacionadas, onde pequenas moléculas se infiltram na estrutura, reduzindo a resistência e a rigidez e causando uma alteração no volume da volume ou de suas partes levando à deformação da peça desejada. Por outro lado, muitos polímeros (notadamente de vinil flexível) são intencionalmente carregados de plastificantes, que podem ser lixiviados para fora da estrutura, causando fragilidade ou outras alterações indesejáveis. A forma mais comum de degradação, no entanto, é uma diminuição no comprimento da cadeia polimérica.

Fragilização de um tubo de polímero por sua degradação química (corrosion.ksc.nasa.gov).

Mecanismos que quebram as cadeias poliméricas são familiares aos biólogos por causa de seu efeito sobre o DNA: a radiação ionizante (mais comumente luz ultravioleta), os radicais livres e oxidantes, como o oxigênio, ozônio e cloro. Craqueamento pelo ozônio é um problema bem conhecido que afeta a borracha natural, por exemplo. Aditivos podem retardar esses processos de forma muito eficaz, e podem ser tão simples como um pigmento de absorção de UV (i.e., dióxido de titânio ou negro de fumo). Sacos plásticos, muitas vezes não incluem estes aditivos para que eles seus polímeros decomponham-se mais facilmente como lixo.

Corrosão microbiana em concreto (www.clihouston.com).

Corrosão de vidros

A chamada “doença do vidro” é a corrosão de vidros de silicato em soluções aquosas. Ela é governada por dois mecanismos: a lixiviação controlada pela difusão (troca iônica), e a dissolução hidrolítica da rede do vidro.[34]

Ambos os mecanismos dependem fortemente do pH da solução com a qual o vidro está em contato: a taxa de troca iônica decresce com pH de 10^-0.5pH enquanto a taxa de dissolução hidrolítica aumenta com pH de 10^0.5pH.[35]

Matematicamente, taxas de corrosão de vidros são caracterizadas por taxas de corrosão normalizadas de elementos NR_i (g/cm² d) as quais são determinadas como a razão da quantidade total de espécies químicas liberadas na água M_i (g) à água contendo a área de superfície S (cm²), tempo de contato de t (dias) e fração em massa do conteudo do elemento no vidro fi:

A taxa global de corrosão é uma soma das contribuições de ambos os mecanismos (lixiviação + dissolução) NR_i = Nrx_i + NRh. A lixiviação controlada pela difusão (troca iônica) é característica da fase inicial de corrosão e envolve a substituição de íons alcalinos no vidro por um íon hidrônio (H₃O⁺) íons da solução. Ela causa uma depleção íon-seletiva de camadas superficiais próximas do vidro e dá uma taxa de corrosão dependente do inverso da raiz da quadrada com o tempo de exposição. A taxa de lixiviação controlada pela difusão de cátions normalizados de vidros (g/cm² d) é dada por:

onde t é tempo, D_i é o coeficiente de difusão efetivo do i-ésimo cátion (cm²/d), o qual depende do pH da água em contato como D_i = D_i0·10^-pH, e ρ é a densidade do vidro (g/cm³).

A dissolução da rede do vidro é característica das fases posteriores da corrosão e provoca uma liberação de íons congruentes na solução de água a uma taxa independente do tempo em soluções diluídas (g/cm² d):

onde r_h é a taxa de hidrólise estacionária (dissolução) do vidro (cm /d). Em sistemas fechados o consumo de prótons a partir da fase aquosa aumenta o pH e causa uma rápida transição para a hidrólise.[36] No entanto a saturação de sílica de solução de hidrólise impede com que o vidro retorne a uma troca iônica, e.g., um regime de corrosão controlado por difusão.

Em condições naturais típicas normalizadas as taxas de corrosão de vidros de silicato são muito baixas e são da ordem de 10^-07 a 10^-05 g/cm² d. A durabilidade muito elevada de vidros de silicato na água os torna adequados para a imobilização de resíduos perigosos e nucleares.

Referências

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Knols recomendados

Salama, Ibrahim. Corrosion Inhibitors in the Oilfield. Knol. 2011 May 17
Combs, Justin. Mitigation Of Stress Corrosion Cracking In Nuclear Weldments Using Low Plasticity Burnishing. Knol. 2010 Mar 10.
Junid, Adam. Cathodic Protection:A brief primer. Knol. 2008 Jul 27.