Corrosão e Protecção. Prevenção da Corrosão. Docente: João Salvador Fernandes Instituto Superior Técnico Lab. de Tecnologia Electroquímica

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1 Corrosão e Protecção Prevenção da Corrosão Docente: João Salvador Fernandes Instituto Superior Técnico Lab. de Tecnologia Electroquímica

2 Prevenção da Corrosão Selecção de Materiais Design de Materiais Modificação do Meio Corrosivo Modificação do Potencial do Sistema Protecção por Revestimentos 2

3 Selecção de Materiais Selecção de Materiais Metais e Ligas Uso de bases de dados para obter a combinação adequada metal/meio Materiais não-metálicos borrachas (naturais ou sintéticas) plásticos cerâmicos carbono e grafite madeira 3

4 Design de Materiais Design (projecto) de Materiais evitar acumulação de líquidos evitar formação de interstícios evitar a formação de pares galvânicos evitar tensões mecânicas elevadas evitar tubagens com curvas apertadas (corrosão-erosão) prever a necessidade de manutenção (pintura, limpeza) /reparação / substituição sobredimensionar as espessuras, para compensar a redução futura, devida à corrosão 4

5 Design de Materiais 5

6 Design de Materiais 6

7 Modificação do Meio Corrosivo Modificação do Meio Corrosivo diminuição da temperatura (excepções) diminuição da velocidade dos fluidos corrosivos (excepções) alteração da concentração dos agentes corrosivos remoção do oxigénio ou oxidantes uso de inibidores de corrosão 7

8 Modificação do Potencial do Sistema Protecção Catódica b PASSIVAÇÃO a CORROSÃO IMUNIDADE 8

9 Protecção Catódica - Fundamentos Exemplo: ferro e zinco isolados (em solução de HCl) Dissolução do zinco Zn Fe Dissolução do ferro Libertação de hidrogénio Libertação de hidrogénio 9

10 Protecção Catódica - Fundamentos Exemplo: ferro e zinco em contacto (em solução de HCl) Zn 2+ H + Dissolução do zinco Zn e - Fe Libertação de hidrogénio Ânodo Cátodo 10

11 Protecção Catódica - Factos Sir Humphry Davy (1824) Primeiros estudos, na Royal Society (Fe e Cu) Aplicação ao primeiro navio (HMS Samarang) Estados Unidos Inicia-se no século XIX a construção de pipelines começam a surgir falhas por corrosão Anos 30 inicia-se a protecção (revestimentos e protecção catódica) 1936 surge a Mid-Continent Cathodic Protection Association NACE Hoje obrigatório o uso de CP em tanques e pipelines enterrados Bahrain 1º sistema de protecção catódica em 1939 Portugal?????? 11

12 Protecção Catódica - Tipos Protecção Catódica - Tipos Correntes Impostas Ânodos Sacrificados 12

13 Protecção Catódica Correntes Impostas Correntes Impostas Ânodo usualmente inerte (Pt, Pb, C, Ni, Ti, Ti/Pt) 13

14 Protecção Catódica Correntes Impostas 14

15 Protecção Catódica Correntes Impostas Rectificador 15

16 Protecção Catódica Sacrificial Ânodos Sacrificiais Ânodo de metal menos nobre: Mg, Zn, Al protegem o aço Ânodo de Magnésio 16

17 Protecção Catódica Sacrificial Ânodos Sacrificiais (cont.) Protecção catódica por ânodos sacrificiais de um termoacumulador de uso doméstico 17

18 Protecção Catódica - Instalação montagem da rede de Ti Instalação dos cabos de ligação Adequado a estruturas de grandes dimensões 18

19 Protecção Conjugada Protecção Conjugada 19

20 Protecção Catódica Bibliografia Peabody, A.W., Control of Pipeline Corrosion, NACE (1967) Morgan, J., Cathodic Protection, 2 nd Ed., NACE (1993) Corrosion, 2 nd Volume, Shreir, L.L., Jarman, R.A., Burstein, G.T., Edts, 3 rd Ed., Butterworth Heinemann (1993) 20

21 Revestimentos Revestimentos Camada superficial com propriedades diferentes das do metal-base Classificação: Orgânicos Inorgânicos, metálicos 21

22 Revestimentos Orgânicos Revestimentos Orgânicos Consistem numa barreira, constituída por resinas orgânicas (e outros aditivos) entre o material a proteger e o meio Têm a propriedade de formar um filme (película sólida) contínuo e aderente ao substrato. O processo mais comum de formação de películas orgânicas consiste na transformação de monómeros ou de polímeros lineares em polímeros tridimensionais 22

23 Revestimentos Orgânicos Tinta: Verniz: Produto pigmentado, normalmente aplicado na forma líquida sobre uma superfície Ao secar, forma uma película sólida e insolúvel em água, aderente e opaca, com características protectoras ou apenas decorativas Semelhante à tinta, mas normalmente sem pigmento, pelo que a sua principal característica é a transparência, formando películas mais ou menos duras e brilhantes 23

24 Revestimentos Orgânicos Protecção por Pintura: Protecção activa: efeito inibidor protecção catódica etc... Protecção Passiva: efeito barreira 24

25 Revestimentos Metálicos Revestimentos Metálicos - Classificação: Quanto ao método de aplicação electrodeposição projecção folheação imersão difusão via química técnicas de vácuo (deposição de vapor, implantação iónica,...) Quanto ao seu efeito protector apenas efeito barreira (revestimentos mais nobres que o metal) efeito barreira associado a protecção catódica (revestimentos menos nobres que o metal) 25

26 Revestimentos Metálicos Electrodeposição: Revestimento muito fino e livre de poros Utiliza uma célula electrolítica solução contendo os iões do metal a depositar ânodos inertes ou do metal a depositar Variáveis: Temperatura, densidade de corrente, tempo, composição da solução, etc Exemplos: Revestimentos de ouro, prata, cobre, estanho, cádmio (!!!), zinco,... Niquelagem dos aços Aços cromados: cobreagem (aderência) niquelagem (protecção) cromagem (protecção + efeito decorativo) 26

27 Revestimentos Metálicos Projecção (metalização): Utiliza uma pistola com 3 zonas: alimentação de combustível (acetileno) e ar comprimido fusão do metal (fio ou pó) projecção Materiais usados zinco, alumínio, ligas zinco-alumínio Revestimentos porosos podem ser posteriormente pintados Preparação de superfícies Aplicação in-situ (pontes e outras super-estruturas...) 27

28 Revestimentos Metálicos Folheação (cladding): Aplicação de uma folha fina de material a proteger Permite combinar as propriedades estruturais do material-base com a resistência à corrosão do material de revestimento Produzido por laminagem (rolling) simultâneo do material a proteger e da(s) película(s) protectora(s) Utiliza-se frequentemente a laminagem a quente Exemplo: ligas de alumínio (duralumínios) ALCLAD 28

29 Revestimentos Metálicos Imersão (hot dipping): é o mais antigo método de revestimento e um dos mais usados o seu exemplo mais comum é a galvanização: imersão de aço em banho de Zn fundido ( C) difusão superficial no material a proteger, com formação de várias camadas de liga bimetálica Fe-Zn e uma camada exterior de zinco revestimentos espessos (não se conseguem revestimentos finos) e não uniformes (75-100µm) não há limitações de geometria pode ser pintado (após fosfatação ou depois de um período de envelhecimento do galvanizado) 29

30 Revestimentos Metálicos Difusão: envolve um tratamento térmico que leva à difusão de um metal (normalmente em pó) no outro (metal-base) o processo mais conhecido é o da Sherardização : difusão de zinco em pó sobre peças de aço ou ferro utilizado em peças de pequenas dimensões (porcas, parafusos) utiliza um tambor rotativo temperaturas de C revestimentos semelhantes aos obtidos por galvanização 30

31 Revestimentos Metálicos Via química (deposição electroless): difere da electrolítica por não necessitar de corrente eléctrica metais depositados: Ni, Co, Cu, Pd, Au,... deposição de níquel (niquelagem química): hipofosfito (1) H PO 2 (2) Ni 2+ (3) H PO 2 (4) HPO H H + H 2 + Ni O H catalizador catalizador HPO H 2 NiHPO Ni + 2H H O + OH - catalizador + P ortofosfito η 38% 31

32 Técnicas de (alto) vácuo: Revestimentos Metálicos preço elevado utilizam-se para peças críticas (indústria da defesa, implantes metálicos) câmara de vácuo deposição de vapor: materiais de pequenas dimensões os produtores de equipamento afirmam estar em condições de produzir equipamento para uso em linhas de produção vapor do metal produzido por aquecimento/vaporização ou sputtering deposição por efeito de um campo eléctrico aplicado implantação iónica iões provenientes de um acelerador de partículas chocam com o metal, penetrando nas suas camadas superficiais a zona afectada pelo processo apresenta composição e propriedades distintas do resto do material 32

33 Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos) Tratamentos de Conversão: Formação de películas sobre superfícies metálicas, por reacção das suas camadas externas com aniões adequados. Processos mais comuns: Cromatação óxidos e hidróxidos de crómio, cromatos Fosfatação fosfatos Objectivos: aumentar a resistência à corrosão do metal ou revestimento metálico aumentar a aderência de tintas ou outros revestimentos orgânicos efeitos decorativos 33

34 Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos) Anodização (do alumínio): O alumínio, quando exposto ao ar, forma espontaneamente uma película de óxidos (10-15 nm) Através da polarização anódica do alumínio, pode promover-se a formação de películas mais espessas de óxido de alumínio Podem obter-se óxidos espessos (dezenas de µm) Electrólitos mais comuns: Ácido sulfúrico (15%-20%) não utilizável em objectos com cavidades ou sujeitos a fadiga mecânica Ácido Crómico (5%) não apresenta os problemas da anodização sulfúrica reagentes tóxicos e cancerígenos Ácido oxálico (3%) Alumite (Japão) 34

35 Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos) Anodização (do alumínio): I Ânodo Cátodo Camada de alumina Alumínio Electrólito 35

36 Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos) Anodização (do alumínio): 200 nm 100 nm Filme de óxido destacado ( X) Secção transversal ( X) 36

37 Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos) Anodização (do alumínio): coloração: após a anodização, a camada porosa é adequada a receber coloração usam-se geralmente corantes orgânicos pode também obter-se coloração durante o processo de anodização colmatagem: tem como função fechar os poros do anodizado acima dos 80 C, a alumina monohidratada (Al 2 O 3.H 2 O) dá origem à bohmite (Al 2 O 3.3H 2 O) o aumento de volume daí resultante leva à colmatagem dos poros a colmatagem pode efectuar-se por imersão em água fervente, usando vapor ou ainda em soluções ferventes com inibidores. 37