Cap. 5 - Prevenção da Corrosão

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1 Cap. 5 - Prevenção da Corrosão 1. Selecção de Materiais 2. Alteração do Meio 3. Desenho de Estruturas 4. Alteração do Meio 5. Inibidores de Corrosão 6. Protecção Catódica 7. Protecção Anódica 8. Revestimentos e Tratamentos de Conversão 9. Protecção Conjugada Fontana, cap 6 A.Simões

2 1. Selecção de Materiais Variáveis do meio Constituintes principais (ID e concentração) Impurezas Temperatura ph Grau de arejamento Velocidade de agitação Pressão Tipo de aplicação Qual a função? Qual o efeito de corrosão uniforme? Alterações na aparência, dimensão ou produtos de corrosão problemáticas? Corrosão localizada problemática? CST possível? Há tensões aplicadas? Longevidade esperada? Desenho compatível com o comportamento do material? A.Simões

3 1. Selecção de Materiais Experiência O material já foi usado em situações idênticas? Quais os resultados? O material foi aplicado em situações semelhantes? Há alguma experiência com instalação-piloto? Há relatórios disponíveis? Foram efectuados testes laboratoriais? A selecção final resulta de um compromisso entre os factores técnicos e económicos. Fases da selecção: 1. Lista dos requisitos 2. Selecção e avaliação dos materiais candidatos 3. Selecção do material mais económico A.Simões

4 Prevenção da Corrosão/ 1. Selecção de Materiais Aço inoxidável : 1. Não é inoxidável 2. Não é o material com melhor resistência à corrosão 3. Não é uma liga específica (13 30% Cr; 0 22% Ni) A selecção criteriosa de um material para um dado meio é um ponto fundamental na durabilidade da estrutura. Susceptibilidade a corrosão localizada (picadas, CST, intersticial, intergranular) >> aço macio Meios com iões Cl - e/ou estruturas sob tensão: aços inox têm em geral desempenho inferior ao aço macio. A.Simões

5 Selecção de Materiais Associações metal/meio reconhecidamente eficazes, ex: Aços inox - ácido nítrico Níquel e suas ligas - meios cáusticos Monel (ligas Ni) - ácido fluorídrico Hastelloys (Ni-Mo, Cr) - HCl quente Chumbo - H 2 SO 4 diluído Estanho - água destilada Titânio - soluções fortemente oxidantes, a quente Tântalo - quase todos os meios (comparável ao vidro: todos os meios excepto cáusticos e HF) Aço - H 2 SO 4 concentrado (> 90%) A.Simões

6 Ti e Ta - Diagramas de Pourbauix A.Simões

7 Prevenção da Corrosão / 1. Selecção de Materiais Outras regras gerais: -Meios redutores, ácidos desarejados em meios aquosos: Ni, Cu e suas ligas -Meios oxidantes: Cr -Meios muito oxidantes: Ti e suas ligas Literatura e Bases de Dados: -Pierre Roberge, Handbook of Corrosion Engineering, McGraw-Hill -COR.SUR database (NACE, USA) A.Simões

8 Prevenção da Corrosão / 1. Selecção de Materiais CONSULTA A BASES DE DADOS P.Roberge, Handbook of Corrosion Engineering A.Simões

9 CONSULTA A BASES DE DADOS P.Roberge, Handbook of Corrosion Engineering A.Simões

10 1. Selecção de Materiais Em geral os metais puros são mais resistentes à corrosão (mas más propriedades mecânicas) Não-metais: Em geral borrachas e plásticos mais resistentes a HCl e menos H 2 SO 4 e a HNO 3. Mau comportamento com solventes orgânicos. Limitações a T elevada. Grafite: boa resistência à corrosão, boa condutividade térmica e eléctrica; fragilidade Madeira: Quimicamente reactiva. A.Simões

11 Prevenção da Corrosão/ 2. Alteração do Meio Baixar a temperatura excepção: ebulição (retira o oxigénio) água do mar em ebulição < água do mar a T ambiente Baixar a velocidade Estagnação > Fluxo (metais passivos) < Erosão Remover oxigénio e oxidantes Tratamentos com vácuo, lavagem com gases inertes. Desaconselhado nos metais passivos Baixar a concentração Ex: água em reactores nucleares, remoção de cloretos há excepções, ex: ácido nítrico concentrado ferro Água destilada mais corrosiva do que água potável A.Simões

12 Prevenção da Corrosão/ 3. Desenho de Estruturas - Espessura da parede - Soldadura preferível a junta com rebite (!) - Tanques com facilidade de escoamento e limpeza - Desenhar os sistemas de modo a facilitar a substituição de componentes - Evitar tensões mecânicas - Evitar contacto entre metais diferentes, ou usar isolamento entre eles - Evitar cotovelos fechados nas tubagens sempre que há altas velocidades e /ou sólidos em suspensão. - Evitar pontos quentes (geram corrosão e tensões mecânicas na estrutura) - EVITAR HETEROGENEIDADES A.Simões

13 Prevenção da Corrosão/ 3. Desenho de Estruturas A.Simões

14 Prevenção da Corrosão/4. Uso de Inibidores Def: substância que, adicionada em pequenas concentrações, a um meio corrosivo, provoca uma diminuição da velocidade de corrosão (oposto de catalisador) Inibidores catódicos Inibidores anódicos Inibidores mistos -Normalmente actuam por adsorção na superfície, diminuindo a área livre para a corrosão é importante usar a quantidade certa. Inibidores em fase vapor Funcionam apenas em espaços fechados. Vaporizam-se e adsorvem-se na superfície. Muitos inibidores são tóxicos (ex: sais de As) - legislação europeia!! Normalmente perdem efectividade quando as condições se alteram. Aconselháveis apenas em meios fechados (circuitos de arrefecimento...) A.Simões

15 Prevenção da Corrosão/ 4. Uso de Inibidores - Inibidores específicos de uma reacção de uma reacção reacção de redução do hidrogénio. (As,Sb): actuam apenas em meio ácido - Sequestradores de Oxigénio (scavengers) 2 Na 2 SO 3 + O 4 2 Na 2 SO 4 N 2 H 4 + O 2 N H 2 O não são eficientes em meios ácidos - Oxidantes: cromato, nitrato, sais férricos só para metais com comportamento activo-passivo A.Simões

16 Inibidores Orgânicos - exemplos A.Simões

17 Inibidores Cério: Inibição catódica Zonas catódicas com subida do ph Precipitação do Ce(OH)3 A.Simões

18 Efeito dos inibidores no potencial de corrosão E E E Log i Log i Log i Inbidor Anódico Inibidor Catódico Inibidor Misto Ecorr sobe E corr desce Ecorr mantém-se Questão: como são afectadas as curvas de polarização experimentais? A.Simões

19 Protecção por inibidores Eficiência de inibição η = i0 i 100% i 0 i 0 : sem inibição ; i: com inibição Também pode ser calculado com base nas intensidades de corrente A.Simões

20 Prevenção da Corrosão/ 5. Protecção Catódica M Ø M n+ + ne - 2 H + + 2e - Ø H 2 1. Ânodos Sacrificiais ( Zn, Mg, Al ) 2. Correntes impostas Humphrey Davy (~1820): protecção de componentes de cobre em navios da Armada Britânica Aplicações: Navios Estruturas enterradas ou imersas, tubagens, tanques Portos; betões Aplicável a situações de corrosão moderada: fornecimento de corrente elevado grande alcalinização do meio A.Simões

21 Prevenção da Corrosão/ 5. Protecção Catódica Ânodos sacrificiais Nível do solo Corrente devida a fluxo electrónico Cabo de cobre revestido Corrente iónica no solo Enchimento Carvão ou bentonite Aumenta área Mantém humidade Tubo de aço (cátodo) Ânodo Sacrificial Mg, Al, Zn Substituído regularmente A.Simões

22 Ânodos Potenciais de equilíbrio: Zinco -1.0 V vs ESC Alumínio V Magnésio -2.61V Estes metais encontram-se no fundo das séries galvânicas. Usados como ligas. A.Simões

23 Protecção sacrificial A.Simões

24 5. Protecção Catódica Ânodos sacrificiais Navios/ Tanques Tubagens A.Simões

25 Formação de pares galvânicos: protecção catódica A.Simões

26 Protecção catódica ânodos sacrificiais Nota: neste diagrama não tomamos em conta a proporção de áreas, mas é um factor importante A.Simões

27 Protecção catódica sacrificial: Distância maior: Maior área protegida Maior queda ohmica Aplicação de vários ânodos Ânodo: M Ø M n+ + ne Cátodo: 2H + + 2e Ø H 2 O H 2 O + 4e Ø 4 OH - A.Simões

28 Ânodos sacrificiais: Grau de protecção vs. distância A.Simões

29 Protecção catódica ânodos sacrificiais Vantagens: Não necessita de fontes de alimentação Baixa manutenção Auto-regulação Baixo risco de sobre-protecção Distribuição de potencial relativamente uniforme Instalação fácil Baixo custo Limitações: Intensidade de corrente limitada Possibilidade de aumento do peso se directamente ligados Necessidade de instalação de vários ânodos (resistência alta ou estrutura grande) Necessidade de substituição regular dos ânodos A.Simões

30 5. Protecção Catódica: correntes impostas Correntes Impostas Transformador - rectificador corrente DC Corrente Nível do solo Cabo condutor isolado corrente iónica enchimento Ânodo inerte ou consumível Cátodo A.Simões

31 5. Protecção Catódica : correntes impostas Estrutura Meio Condições I (ma/m2) Tanque H2SO4 a quente Estático Tubagens e tanques Solo (enterrado) Estático Tubagens Água limpa Fluxo Sists. aquecimento de Água limpa quente Fluxo lento água Estacas Água do mar Zona de marés Aço de reforço de betão betão estático 1-5 A.Simões

32 5. Protecção Catódica: Correntes impostas A.Simões

33 Protecção catódica Efeito de correntes parasitas A.Simões

34 Ânodo: 2 H 2 O Ø O 2 + 4H + + 4e 2 Cl- Ø Cl 2 + 2e M Ø M n+ + ne Cátodo: 2H + + 2e Ø H 2 O H 2 O + 4e Ø 4 OH - Ânodos: Metais platinizados Ti Grafite Zinco Aço-Cr Alumínio A.Simões

35 Protecção catódica correntes impostas Vantagens: Permite correntes elevadas Facilidade de ajustar o nível de protecção Áreas de protecção grandes Baixo nº de ânodos, mesmo em maios de alta resistividade Pode ser usado em estruturas com revestimentos deficientes Limitações: Risco elevado de interferências Manutenção média/ alta Risco de ligações incorrectas Fonte de alimentação externa Custos de instação médios/ altos (fornecimento de energia, fonte de alimentação, cabos ) Instalação mais complexa e menos robusta ( vs. ânodos sacrifício) A.Simões

36 Protecção catódica correntes impostas em aço pintado Potencial (V vs Cu/CuSO4) Condição do aço -0.5 a 0.6 Corrosão intensa -0.6 a 0.7 Corrosão -0.7 a 0.8 Alguma protecção -0.8 a 0.9 Protecção catódica -0.9 a 1.1 Sobreprotecção -1.1 a 1.4 Sobreprotecção destrutiva, com risco de destruição de revestimentos e fragilização do aço A.Simões

37 Prevenção da Corrosão/ 6. Protecção Anódica (Edeleanu, 1954) Exclusivamente para metais com comportamento activo/passivo. Ni, Fe, Cr, Ti, e suas ligas. Necessária a aplicação de um potencial na zona de estabilidade do óxido passivante. Potenciostato: aparelho electrónico que mantém o metal a um potencial constante relativamente a um eléctrodo de referência. Riscos: Vizinhança dos limites do patamar passivo. Alteração do meio (T, Concentração) Contaminação com espécies agressivas. A.Simões

38 Prevenção da Corrosão P. Anódica: Aplicável a meios desde baixa a muito alta agressividade; Baixo consumo energético Equipamento mais caro (potenciostato) Melhor poder de repartição (peças de forma irregular) Sensível a alterações do meio (perda de comportamento activo-passivo) P. Catódica: Só para meios medianamente corrosivos (exige correntes elevadas, que aumentam com a agressividade do meio) Necessidade de ânodos múltiplos para proteger forma irregular. Perigo: fragilização pelo hidrogénio ; excessiva alcalinização do meio; presença de H 2, potencialmente explosivo. A.Simões

39 Prevenção da Corrosão / 7. Revestimentos - Protecção Sacrificial - Protecção Barreira a) Revestimentos Metálicos e Inorgânicos (Al, Ni, Cr, Zn, Cd, latão, Au, Ag, Pt) - Electrodeposição : deposição electrolítica - Metalização (flame spraying): fusão sob chama + projecção - Folheamento (cladding) ex: liga de Al sobre Al puro; Ni/ Fe - Imersão a quente (hot dipping): caso da galvanização a quente - Deposição de vapor - PVD e CVD (câmara de vácuo; metal é vaporizado electricamente e depois depositado sobre a superfície) PVD: Physical Vapour Deposition CVD: Chemical Vapour Deposition A.Simões

40 Revestimentos Conversão Química anodização (Al2O3) fosfatação (ác. Fosfórico) cromatação (ác. Crómico e dicromatos) - Aplicação de Plasma - Deposição de pó (sputtering) - Implantação Iónica: aplicação de feixe de iões - Tratamentos com Laser (formação superficial de ligas) A.Simões

41 Anodização do Alumínio A.Simões

42 Prevenção da Corrosão/ 7. Revestimentos b) Revestimentos Orgânicos : Tintas, vernizes Protecção: ACTIVA / PASSIVA Protecção Activa: inibidores solúveis em água; penetram até à interface metal/revestimento Protecção Passiva: Efeito barreira Recomendadas para meios pouco agressivos perigo dos defeitos - Alquídicas, epoxídicas, poliamidas, poliéster. Tintas sem solvente (2 componentes). Tintas de base aquosa. Bando de aço pré-revestida A.Simões

43 Revestimentos Orgânicos Aplicação: Preparação da superfície Pré-tratamento aderência/protecção activa Primário efeito inibidor/aderência Acabamento efeito barreira A.Simões

44 Prevenção da Corrosão/ 8. Protecção conjugada Consiste na protecção usando mais de uma técnica anti-corrosiva. Ex: Revestimento orgânico + protecção catódica Inibidores + protecção catódica Revestimento orgânico + Inibidores Etc A.Simões