Slides corrosão por corrente de fuga

DEFINIÇÃO DE CORROSÃO
• Processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que
o metal retorna ao seu estado original.
• Corrosão é a destruição ou deterioração de um
material devido à reação química ou eletroquímica
com seu meio
• Corrosão é a transformação de um material pela
sua interação química ou eletroquímica com o
meio

ENGENHARIA DE CORROSÃO
• Aplicação de ciência e trabalho para prevenir ou controlar
a corrosão de maneira econômica e segura
• Princípios químicos e metalúrgicos
• Propriedades mecânicas dos materiais
• Natureza dos meios corrosivos
• Disponibilidade de materiais
• Processos de fabricação
• Projeto
• Ensaios de corrosão

Resistência à corrosão

Disponibilidade Custo
Material
Resistência Mecânica Aparência

Processo de Fabricação

Aspectos eletroquímicos

Aspectos Resistência à Aspectos
Físico-Químicos Corrosão Metalúrgicos

Aspectos
Termodinâmicos

MEIOS DE CORROSÃO
• Atmosfera
• Principais Parâmetros:
- materiais poluentes
- umidade relativa
- temperatura
- intensidade e direção dos ventos
- variações de temperatura e umidade
- chuvas
- radiação

MEIOS DE CORROSÃO
• Classificação:
- Rural
- Industrial
- Marinha
- Urbana
- Urbana- Industrial
- outras combinações

MEIOS DE CORROSÃO
• Meio aquoso
- Águas naturais: água salgada e água doce
- gases dissolvidos
- sais dissolvidos
- material orgânico
- bactérias e algas
- sólidos em suspensão
- pH e temperatura
- velocidade da água

MEIOS DE CORRROSÃO
• Meios líquidos artificiais: produtos químicos em geral

• Solos:
- aeração, umidade e pH
- microorganismos
- condições climáticas
- heterogeneidades do solo
- presença de sais, água e gases
- resistividade elétrica
- correntes de fuga

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

Célula Eletroquímica: Célula de Daniell


Corrosão: a resistência entre os eletrodos é nula:
célula em curto-circuito


Exemplo: reação do zinco na presença de ácido clorídrico

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

Zn + 2H+ Zn2+ + H2

Reação de oxidação (anódica): Zn Zn2+ + 2e
Reação de redução (catódica): 2 H+ + 2e H2


As reações anódica e catódica são reações parciais

Ambas reações acontecem simultaneamente e à mesma
velocidade sobre a superfície do metal: não há acúmulo de
carga elétrica

Qualquer reação que pode ser dividida em dois processos
parciais de oxidação e redução é denominada reação
eletroquímica


• Reações catódicas
• Evolução de hidrogênio (meios ácidos)
2H+ + 2e H2
• Redução de oxigênio (soluções ácidas)
O2 + 4H+ + 4e 4OH-
• Redução de oxigênio (soluções neutra ou básicas)
O2 + 2H2O + 4e 4OH-
• Redução de íon metálico M3+ + e M2+
• Deposição de metal M+ + e M


Metal sofrendo corrosão consiste:
• região que cede eletrons dissolução do metal
(corrosão) reação anódica
• condutor eletrônico
• região que consome eletrons reação catódica
• condutor iônico: eletrólito

Teoria de Células Locais


• Fontes de Corrosão Eletroquímica
• Heterogeneidades primárias: são inerentes
ao material
• Impurezas no metal
• Ligas
• Vérticies e arestas de cristais
• Pontos de ruptura de filmes protetore


• Heterogeneidades secundárias: não
inerentes ao material
• Correntes elétricas de fuga
• contatos bimetálicos
• diferenças no meio corrosivo (aeração,
concentração)

CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE

• Ciência dos materiais: interpreta as propriedades dos
materiais em termos das interações entre átomos e
moléculas que constituem o todo do material
interpretação parcial do comportamento do material.

• Ciência de Superfície: permite explicar falhas inesperadas
através da associação com eventos que se dão na superfície
associação de um defeito em escala atômica na
superfície causado por uma reação de superfície e uma
tensão aplicada ou residual.


• INTERFACES

Metal: é constituído de partículas carregadas positivas e
negativas balanceadas entre si - condutor eletrônico

Filme de umidade: moléculas de água, oxigênio e hidrogênio
- condutor iônico

Interface entre um condutor eletrônico e um condutor iônico


• Moléculas de água são dipolos elétricos
- +
- +
- +
- +
• Troca de carga
+ - 2H+ + 2e H2
+ - H2 2H+ + 2e
+ -


• Independentemente da forma como ocorre, sempre que há
uma interface, ocorre o carregamento de ambos os lados
desta interface, e o desenvolvimento de uma diferença de
potencial através da INTERFASE. Esse carregamento
ocorre antes que as cargas nas duas fases sejam iguais em
magnitude mas de sinais opostos
• Todas as interfaces são eletrificadas e as superfícies têm
excesso de carga. Esse excesso de carga é que afeta as
propriedades de superfície dos materiais fazendo-as
desviar daquelas determinadas para o material como um
todo.


• Eletroquímica é a ciência que estuda as conseqüências da
transferência de cargas elétricas de uma fase para outra

• A ciência eletroquímica estuda, principalmente, a situação
superficial, particularmente aquelas resultantes das
propriedades elétricas da interfase.

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• Sistema Eletroquímico
- um condutor eletrônico em contato com um condutor
iônico (eletrólito) que consiste de ions em movimento

Interações ion- solvente Interações ion-ion


• Água: estruturalmente é descrita como uma forma
quebrada e xpandida do retículo do gelo, havendo um grau
considerável de ordem a curta-distância, caracterizada por
ligações tetraédricas.
• Moléculas que formam o retículo + moléculas livres que se
movimentam livremente
• A molécula de água é polar - dipolo elétrico

O que acontece na presença de ions?


• Ions orientam dipolos
• Considerando o ion como uma carga pontual e as
moléculas de solvente como dipolos elétricos = interação
ion-solvente

• Passa a existir uma entidade ion-solvente que se
movimenta como uma entidade cinética única

O ion e seu envólucro de moléculas de água são uma
entidade cinética única

H H

H H
+
H H

H H


• O que acontece a determinada distância do ion?

1. Região primária: região próxima ao ion no qual o campo
iônico tenta alinhar os dipolos das moléculas de água

2. Na região distante do ion mantém-se o retículo da água

3. Região secundária: região intermediária, onde a orientação
depende da distância com relação ao ion.


• Essas interações geram a energia de solvatação, ou seja, a
energia de ligação entre ion e solvente:

1. Se o ion está fortemente ligado ao solvente não será fácil a
reação de troca de carga

2. Se o ion está fracamente ligado ao solvente a troca de carga
será facilitada.


• Interação ion-ion: depende fortemente da concentração dos
ions em solução

1. Para soluções diluídas a interação é do tipo eletrostática

2. Para maiores concentrações, os ions aproximam-se uns dos
outros podendo ocorrer a sobreposição das camadas de
solvatação: interações do tipo eletrostática e do tipo ion-
dipolo


• Transporte de ion em solução

1. Se houver uma diferença de concentração de ions em
regiões distintas do eletrólito: gradiente de concentração,
produzindo um fluxo de ions = difusão
Num sistema eletroquímico: se um eletrodo está doando
eletrons a cátions metálicos existirá um gradiente de
concentração na direção do eletrodo. A difusão ocorre em
direção ao eletrodo


2. Se houver diferenças no potencial eletrostático em vários
pontos do eletrólito, o campo elétrico gerado produz um
fluxo de cargas na direção do campo = condução

campo elétrico = diferença de potencial através da solução
distância entre os eletrodos

Resultante: a velocidade de chegada dos ions a um eletrodo
irá depender do gradiente de concentração e do campo
elétrico na solução


• Difusão: predominante na região próxima à interface
• Condução: predominante na região intermediária entre os
eletrodos, onde não há gradiente de concentração.
- os ânions movem-se mais rapidamente que os cátions
- para a densidade de corrente total carregada pelos ions
dá-se o nome de i, onde
i = i- + i +
- número de transporte: t+ = i+/i t- = i-/i


• Para cada eletron doado em um eletrodo deve-se ter um
ion recebendo eletron no outro: correntes iguais

• Fazer com que as correntes sejam iguais em cada eletrodo
é papel da difusão. Os gradientes de concentração nos
eletrodos irão se ajustar de forma que a corrente seja igual
nos dois.

A DUPLA CAMADA ELÉTRICA

• As propriedades da região de fronteira eletrodo/eletrólito
são anisotrópicas, e dependem da distância entre as fases.
• Ocorre uma orientação preferencial dos dipolos do
solvente e excesso de carga na superfície do eletrodo, em
decorrência da orientação existente no eletrólito.
• Resultado: separação de cargas através da interface
eletrodo/eletrólito, embora a interfase seja eletricamente
neutra.
• Em decorrência da separação de cargas aparece uma
diferença de potencial através da fronteira
eletrodo/eletrólito


• ddp = 1V
• Dimensão da interfase = 10 angstrons
• Gradiente de potencial = 107 V/cm essência da
eletroquímica

• Dupla camada elétrica: descrve o arranjo das cargas e a
orientação dos dipolos que constituem a interfase na
fronteira = interface eletrificada


• Para os processos corrosivos a influência da dupla camada
recai sobre a velocidade com que esses processos ocorrem.
A velocidade de corrosão depende parcialmente da
estrutura da dupla camada, isto é, do campo elétrico
através da interfase. Sendo assim, a dupla camada
influencia a estabilidade das superfícies metálicas e como
conseqüência a resistência mecânica desses materiais.

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