Corrosão de Metais: Conceitos, Tipos e Métodos de Proteção

O que é Corrosão e Suas Consequências?

Corrosão é a transformação de um material ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição. Este processo resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia.

Corrosão Seca vs. Corrosão Úmida (Aquosa)

A corrosão pode ser classificada em corrosão eletroquímica (aquosa) e corrosão química (seca), diferenciando-se pela presença de água líquida e temperatura:

• Corrosão Eletroquímica (Aquosa): Ocorre na presença de água líquida, com temperatura abaixo do ponto de orvalho, e envolve a formação de pilhas ou células eletroquímicas.
• Corrosão Química (Seca): Ocorre na ausência de água líquida, com temperatura acima do ponto de orvalho, e resulta da interação direta entre o metal e o meio.

Corrosão e Instabilidade Termodinâmica dos Metais

A instabilidade termodinâmica dos metais faz com que eles apresentem a tendência natural de atingir um estágio mais estável por meio da formação de um composto metálico. O processo espontâneo é chamado corrosão e ocorre devido à reação do metal com os agentes presentes no meio considerado.

Tipos de Corrosão: Definições Essenciais

A corrosão manifesta-se de diversas formas, cada uma com características específicas:

Corrosão Uniforme

A corrosão processa-se em toda a extensão da superfície, resultando em uma perda uniforme de espessura. É também conhecida como corrosão generalizada, embora o termo 'generalizada' seja mais aplicável a formas como corrosão por pite ou alveolar, quando manifestadas em toda a superfície corroída.

Corrosão por Pites

Também chamada de corrosão puntiforme (do inglês pit, "poço" ou "cova"), é uma forma de corrosão localizada que consiste na formação de pequenas cavidades de profundidade considerável e significativa em relação à espessura do material. Ocorre de maneira extremamente determinada, não apresentando ataque no material circundante. Caracteriza-se por atacar materiais metálicos que apresentam formação de películas protetoras passiváveis, sendo geralmente resultado da atuação de "ilhas" ativa-passiva em locais de pequena área (pontos) onde há o rompimento da camada passiva. Por não implicar uma redução homogênea da espessura e ocorrer no interior de equipamentos, torna-se um tipo de corrosão de acompanhamento mais difícil.

Corrosão sob Tensão

O desenvolvimento da corrosão sob tensão exige a presença simultânea de tensões de tração e fatores ambientais específicos. As tensões não necessitam ser muito altas em relação ao limite de escoamento do material e podem ser devidas a cargas e/ou efeitos residuais de processos de fabricação, como soldagem ou dobramento. Devem ser tomados cuidados quando componentes de aço inoxidável com tensões residuais elevadas (por exemplo, devido ao trabalho a frio) são usados em ambientes ricos em cloretos (por exemplo, piscinas cobertas, ambientes marinhos, plataformas marítimas).

Corrosão Galvânica

O contato elétrico entre materiais diferentes resulta no processo corrosivo conhecido como corrosão galvânica. A intensidade deste tipo de corrosão será proporcional à distância entre os valores dos materiais envolvidos na tabela de potenciais eletroquímicos, ou seja, na "nobreza" dos materiais. A proporcionalidade entre as áreas anódica e catódica exerce influência neste tipo de corrosão; essa proporção deve ser a menor possível para se obter a mínima corrosão na área anódica, aliada à sua uniformidade.

Corrosão por Frestas

A ação da aeração diferencial e/ou da concentração iônica diferencial produz a formação de pilhas em frestas em materiais metálicos. Estas frestas podem ocorrer em juntas soldadas de chapas sobrepostas, em juntas de chapas unidas por rebites, em ligações de tubulações unidas por flanges, em ligações de tubulações proporcionadas por roscas de parafusos, em revestimentos feitos através de chapas aparafusadas e em inúmeras configurações de geometrias que proporcionem a formação de frestas.

Fragilização pelo Hidrogênio

A fragilização por hidrogênio é um processo que pode afetar vários metais, mais notadamente aços de alta resistência. Os principais efeitos incluem a diminuição da ductilidade, trincas ou até mesmo ruptura. Pode se tornar um problema de engenharia, especialmente no contexto de uma economia do hidrogênio. Entretanto, existem processos comercialmente utilizados e seguros para evitar o enfraquecimento por hidrogênio, globalmente empregados na indústria. A fragilização por hidrogênio é também usada para descrever a formação do hidreto de liga de zircônio, sendo este uso comum na indústria nuclear.

Análise de Pilha Galvânica: Níquel e Cobre

Considere a pilha galvânica: Ni⁰ / Ni⁺² // Cu⁺² / Cu⁰

1. Quais as semirreações e a reação global?
   • Semirreação de Oxidação (Ânodo): Ni(s) → Ni²⁺(aq) + 2e^-
   • Semirreação de Redução (Cátodo): Cu²⁺(aq) + 2e^- → Cu(s)
   • Reação Global: Ni(s) + Cu²⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Cu(s)
2. Qual metal é o cátodo e qual é o ânodo?
   • Níquel (Ni) é o Ânodo.
   • Cobre (Cu) é o Cátodo.
3. Qual metal se oxida e qual se reduz?
   • O Níquel (Ni) se oxida.
   • O Cobre (Cu) sofre redução.
4. Qual o sentido dos elétrons pelo fio condutor?
   • Os elétrons viajam do Ânodo para o Cátodo, ou seja, do Níquel para o Cobre.

Métodos de Proteção Contra Corrosão

Existem diversas técnicas para proteger materiais metálicos da corrosão:

Proteção Catódica Galvânica (Ânodo de Sacrifício)

Neste processo, o fluxo de corrente elétrica fornecida origina-se da diferença de potencial existente entre o metal a proteger e outro metal escolhido como ânodo, que possui potencial mais negativo na tabela de potenciais eletroquímicos. O ânodo "sacrifica-se" para proteger o metal principal. Exemplo: Utilização de blocos de zinco ou magnésio em cascos de navios ou tubulações enterradas.

Proteção Catódica por Corrente Impressa

Nesse processo, o fluxo de corrente fornecido origina-se da força eletromotriz de uma fonte geradora de corrente elétrica contínua. Retificadores, alimentados com corrente alternada, são largamente utilizados na prática para fornecer a corrente elétrica contínua necessária à proteção da estrutura metálica. Exemplo: Proteção de oleodutos e gasodutos enterrados, tanques de armazenamento subterrâneos.

Proteção Anódica (Passivação)

Baseia-se na formação de uma película protetora nos materiais metálicos, por aplicação de corrente anódica externa. Essa corrente ocasiona polarização anódica, que possibilita a passivação do material metálico. Exemplo: Proteção de aço inoxidável em ambientes com ácido sulfúrico concentrado.

Inibidores de Corrosão: Conceito e Aplicações

Os inibidores são substâncias que, quando adicionadas ao ambiente em concentrações relativamente baixas, diminuem sua corrosividade. Um inibidor específico depende tanto da liga quanto do ambiente corrosivo.

• Inibidor para águas de caldeira: Polifosfatos.
• Inibidor para poços de Petróleo: Formaldeído.

Revestimentos Anticorrosivos: Tipos e Funções

Os revestimentos são amplamente empregados para minimizar o processo de corrosão, dividindo-se em:

Revestimento Metálico

Suas ações protetoras são explicadas através de fatores como a formação de películas protetoras de óxidos, hidróxidos ou outros compostos, pela reação com os oxidantes do meio corrosivo (caso do alumínio, níquel, zinco).

Revestimento Não Metálico Orgânico – Tintas e Polímeros

A aplicação de tintas e pinturas é a técnica de proteção anticorrosiva mais empregada como revestimento. Apresenta propriedades importantes como facilidade de aplicação e manutenção, além de uma relação custo-benefício atraente.

Revestimento Não Metálico Inorgânico

Os revestimentos inorgânicos são aqueles constituídos de compostos inorgânicos que são depositados diretamente na superfície metálica ou formados sobre essa superfície.

Anodização, Cromatização e Fosfatização: Diferenças

Estes são processos de tratamento de superfície que conferem proteção contra a corrosão:

• Anodização: Consiste em tornar mais espessa a camada protetora passivante existente em certos metais, especialmente no alumínio. A oxidação superficial pode ser por banhos oxidantes ou processo eletrolítico. O alumínio é um exemplo muito comum de anodização.
• Cromatização: Consiste na reação da superfície metálica com soluções ligeiramente ácidas contendo cromatos. A camada de cromatos passivante aumenta a resistência à corrosão da superfície metálica que se quer proteger.
• Fosfatização: Consiste na adição de uma camada de fosfatos à superfície metálica. A camada de fosfatos inibe processos corrosivos e constitui-se, quando aplicada em camada fina e uniforme, em uma excelente base para pintura, em virtude da sua rugosidade. A fosfatização é um processo largamente empregado nas indústrias automobilísticas e de eletrodomésticos. Após o processo de desengraxe da superfície metálica, aplica-se a fosfatização, seguindo-se a pintura.

Materiais e Sua Resistência à Corrosão

A escolha do material é crucial para a resistência à corrosão em diferentes ambientes:

Aço Carbono

• Utilização Recomendada: Resistência à corrosão em meios básicos, em meios neutros desaerados e em meios secos com baixa umidade ou ausência de água líquida.
• Limitações: Necessita da utilização de meios adicionais de proteção (revestimentos, proteção catódica, inibidores de corrosão, etc.) devido à fraca resistência à corrosão nos meios usualmente encontrados.

Alumínio

• Utilização Recomendada: Resistência à corrosão atmosférica em atmosferas não-cloretadas. As ligas para ânodos não podem passivar. Empregado em esquadrias em geral e ânodos galvânicos.
• Limitações: Meios que quebram a passividade do alumínio e meios básicos.

Aço Inoxidável

• Utilização Recomendada: Resistente à corrosão em uma vasta gama de meios, a depender da composição. As ligas mais resistentes são as de alto Cr, alto Ni e com Mo. É empregado em superfícies expostas à atmosfera, imersão em água doce e salgada e equipamentos de processo.
• Limitações: Meios que quebram a passividade do aço inoxidável.

Cobre

• Utilização Recomendada: Resistência à corrosão em tubos de permutadores de calor, tubulações domésticas para água e gás, hélice e leme de embarcações.
• Limitações: Meios contendo amônia e atmosferas contendo gás sulfídrico.

Verdadeiro ou Falso: Conceitos de Corrosão

• (F) Os polímeros estão sujeitos a sofrer deterioração por vários processos, porém radiações de alta energia não causam efeito degradativo em polímeros.
• (V) O termo oxidação, em corrosão, pode ser usado para identificar um processo de corrosão que ocorra em temperaturas elevadas acima do ponto de orvalho.
• (V) A dezincificação é uma forma de corrosão seletiva de ligas metálicas como o latão (liga de cobre e zinco).
• (V) A relação Pilling-Bedworth faz uma relação entre o volume do óxido e o volume do metal, permitindo prever se o óxido formado na superfície do metal será protetor ou não.
• (F) Ao contrário dos materiais metálicos, os materiais cerâmicos (concreto, mármore, tijolos) podem ser considerados inertes, ou seja, não sofrem degradação química em presença de gases ou microrganismos.
• (F) Na proteção catódica por corrente impressa, o metal a proteger funciona como ânodo.
• (V) O pite ou corrosão puntiforme é uma forma de corrosão que se caracteriza por originar perfurações na superfície, que apresentam pequeno diâmetro e grande profundidade.
• (V) A diferença entre pite e alvéolo está nas dimensões da região deteriorada, embora ambas as formas de corrosão sejam localizadas.
• (F) A corrosão grafítica é uma forma de corrosão seletiva de ligas metálicas que contém cobre na sua composição química.
• (V) O alumínio anodizado é um material que resiste bem à corrosão em determinados meios porque possui uma camada de óxido protetora na superfície.
• (F) A corrosão eletroquímica ocorre em qualquer meio.
• (V) O pite ou corrosão puntiforme é uma forma de corrosão localizada que ocorre em algumas combinações específicas metal/meio corrosivo.

Exemplo de Corrosão Galvânica: Ferro e Estanho

A corrosão galvânica ocorre pelo contato de materiais diferentes na presença de um eletrólito. Para a célula Fe/Fe²⁺ // Sn²⁺/Sn⁰, com E⁰_redução do Fe = -0,44V e E⁰_redução do Sn = -0,136V:

• Reação de Oxidação (Ânodo): Fe⁰ → Fe²⁺ + 2e^- (Ferro se oxida, é o ânodo)
• Reação de Redução (Cátodo): Sn²⁺ + 2e^- → Sn⁰ (Estanho se reduz, é o cátodo)
• Reação Global: Sn²⁺ + Fe⁰ → Fe²⁺ + Sn⁰

Corrosão e Termodinâmica: O Retorno ao Estado Natural

Como metais são normalmente encontrados na natureza na forma oxidada, após sofrerem processos metalúrgicos que modificam essa condição, pelas leis da termodinâmica, esses metais tendem a retornar ao seu estado de menor energia, ou seja, à forma oxidada. Isso se dá através da corrosão. A velocidade com que isso ocorre é dada pela cinética química, e fatores como um meio muito agressivo também influenciam a velocidade dessa reação.

Proteção por Estanho em Ferro: Condições Críticas

Uma chapa de ferro ou aço revestida de estanho fornece proteção somente se a superfície do metal não apresentar defeitos. Caso a cobertura da superfície seja perfurada, a camada de estanho torna-se o cátodo em relação ao ferro, que assim passa a atuar como ânodo. O par galvânico resultante produz corrosão no ferro. Uma pequena área anódica, fornecendo elétrons para uma grande superfície catódica, pode resultar em uma corrosão localizada muito rápida.

Formas Específicas de Corrosão Localizada

Além dos tipos gerais, existem formas de corrosão com características morfológicas distintas:

• Corrosão Filiforme: A corrosão processa-se sob a forma de finos filamentos que se propagam em diferentes direções, ocorrendo geralmente em superfícies metálicas revestidas com tintas ou com metais, provocando o deslocamento do revestimento.
• Corrosão por Esfoliação: A corrosão processa-se em diferentes camadas e o produto de corrosão formado entre as estruturas de grãos alongados separa as camadas, ocasionando aumento do volume do material metálico.
• Corrosão Intergranular ou Intercristalina: A corrosão processa-se entre os grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perde suas propriedades mecânicas e pode fraturar quando solicitado por esforços mecânicos.
• Corrosão sob Tensão: A corrosão ocorre com uma ação combinada de esforços de tração e ação do meio corrosivo, conduzindo à formação de fissuras com possível ruptura do material.