corrosão galvanica

Fundação Santo André – Faculdade de Engenharia “Eng. Celso Daniel” – FAENG

Corrosão Prof. Lorenzo Capítulo 5: CORROSÃO GALVÂNICA1

A corrosão galvânica e um tipo de corrosão com mecanismo essencialmente eletroquímico que resulta do acoplamento de metais com diferentes potenciais de corrosão (metais diferentes formando um par galvânico) num eletrólito, Tem-se, assim, a formação de uma macro pilha galvânica, ocorrendo ataque localizado no material mais ativo (menos nobre) do par, próximo a região de contato. Os metais, quando acoplados, serão polarizados de modo que cada um corroerá com uma nova velocidade. O metal menos ativo (mais nobre) terá sua velocidade de corrosão diminuída e o mais ativo corroerá mais intensamente que se estivessem isolados no mesmo meio. Esse fato revela dois importantes aspectos: 1) revela que é preciso evitar ou tornar cuidado com a formação de pares galvânicos quando o metal menos nobre do par é aquele que não pode sofrer ataque; 2) mostra um método de proteção quando se acopla, intencionalmente, um metal mais ativo aquele que se deseja proteger (esta é a chamada proteção catódica galvânica).

Áreas anódica e catódica na corrosão galvânica de ferro ligado a cobre. Na tabela abaixo se tem a corrosão de placas de ferro e de um segundo metal,

acoplados e totalmente imersos em solução de cloreto de sódio a 1%. Tabela: Corrosão de ferro acoplado a outros metais

1 Texto baseado na apostila “Corrosão Metálica: Caracterização e prevenção” de Dra Sílvia Maria Leite Agostinho e Dra. Idalina Vieira Aoki. (Curso apresentado na Associação Brasileira de Química, 2000).

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Corrosão Prof. Lorenzo Corrosão em miligramas

Segundo metal Ferro Segundo metal Magnésio 0,0 3104,3

Zinco 0,4 688,0 Cádmio 0,4 307,9 Alumínio 9,8 105,9

Antimônio 153,1 13,8 Tungstênio 176,0 5,2

Chumbo 183,2 3,6 Estanho 171,1 2,5 Níquel 181,1 0,2 Cobre 183,1 0,0

Considerações teóricas sobre corrosão galvânica

Uma das mais importantes aplicações da teoria de potencial misto (Wagner e Traud, 1938) a sistemas em corrosão é o tratamento de metais galvanicamente acoplados. Na Figura 1 são mostrados o potencial de corrosão e os parâmetros de polarização para os metais A e B, não acoplados. O metal A é menos ativo que o metal B, ou seja, seu potencial de equilíbrio é menos negativo.

Aplicando-se a teoria de potencial misto às reações de eletrodo individuais (A/A+, H2/H+, B/B+ e H2/H+, as velocidades de corrosão para os metais não acoplados são: icorrA para o metal A e icorrB para o metal B.

Fazendo-se o acoplamento de áreas iguais do metal A e do metal B, o potencial misto resultante do sistema (par galvânico), EcorrAB é determinado na intersecção onde a velocidade total de oxidação se iguala à velocidade total de redução. Esse potencial também pode ser medido experimentalmente. A velocidade de oxidação dos metais individuais, acoplados, é tal que o metal A corrói a uma velocidade menor, icorrA e o metal B corrói a uma velocidade maior, icorrB. Isso porque o metal A é polarizado catodicamente, ficando protegido da corrosão, enquanto o metal B é polarizado anodicamente, corroendo com maior intensidade do que se estivesse sozinho no meio. Essa situação foi considerada com áreas iguais de A e B, acoplados. Caso a área de A seja aumentada em relação a área de B, o metal B será polarizado a um potencial bem mais positivo, em polarização anódica e, a intensidade da velocidade de corrosão será bem maior.

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Corrosão Prof. Lorenzo Técnicas para prever e medir corrosão galvânica

Pode-se empregar para medir a corrosão galvânica as técnicas: • gravimétrica com medida de perda de massa dos corpos-de-prova

acoplados; • medida da corrente galvânica entre dois metais acoplados com a

montagem de um circuito especial ou uso de um potenciostato em cela com três eletrodos.

Para se prever a corrosão galvânica de um par bimetálico pode-se usar as

técnicas eletroquímicas: • medidas de potencial misto ou de circuito aberto de cada metal e do par

galvânico no meio considerado; • levantamento de curvas de polarização de cada metal individual do

meio e a determinação da velocidade de oxidação quando este for polarizada ao potencial do par galvânico de interesse.

A corrosão galvânica é um tipo de corrosão localizada que ocorre próximo à

região de contato dos metais com profundas perfurações ou desgaste do metal que funciona como anodo (mais ativo) do par.

Casos práticos em que ocorre: 1. Acoplamento direto de metais diferentes (já discutido) 2. Presença de íons metálicos oxidantes no meio onde se insere o metal

Cu2+ + Fe(tubulação) → Cuº + Fe2+

Ex: em caldeiras, é preciso ter cuidado com a presença de íons Cu2+

provenientes, em geral, de: bombas com rotores de bronze e tubulações de cobre em trocadores de calor.

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Com o fluxo de água no sentido proibido, alguns íons de Cu2+ irão estar presentes na tubulação de aço e ocorrerá a reação de deslocamento galvânico que resulta na redução dos íons Cu2+ a cobre metálico que se deposita sobre a tubulação e, concomitantemente, há a oxidação do ferro da tubulação, ou zinco (se for galvanizada). Com a deposição do cobre metálico, haverá formação de pilhas galvânicas localizadas, podendo provocar a perfuração da tubulação de aço, nos pontos onde houve a deposição das partículas de cobre metálico.

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Corrosão por Par Galvânico em Feixe - Espelho de Permutador de Calor

Corrosão por Par Galvânico em Região de Mandrilhamento Feixe-Espelho

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Corrosão Prof. Lorenzo Caso Real 01

• Sistema: Tubulações enterradas, para condução de diferentes fluidos: água potável, água industrial e ar comprimido.

• Material: Aço carbono • Condições operacionais: Tubulações revestidas, tendo nas

proximidades malhas de aterramento de cobre. • Observações: Corrosão com perfuração da tubulação de água

industrial e contato da malha de aterramento com tubulação.

Trecho da tubulação com perfuração por corrosão galvânica.

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Trecho da tubulação evidenciando o contato da malha de aterramento.

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Corrosão Prof. Lorenzo Caso Real 02

• Sistema: Casco de embarcação • Material: Liga de alumínio-magnésio • Observações: Perfuração do casco, e coloração semelhante à

de cobre, localizada sob tubulação de latão sujeita a gotejamento de esgoto sanitário. A tubulação de latão apresentava perfuração e produto de corrosão de cor azulada.

• Análise: Produto de corrosão de cor azulada: sulfato de cobre. Resíduo retirado nas proximidades da perfuração do casco: presença de cobre.

• Causa: corrosão galvânica: a corosão do tubo de latão ocasionou a formação de sulfato de cobre, que é soluvel em água. Essa solução, ao cair sobre o casco de liga de aluminio, causou a reação: 3 CuSO4 + 2 Al → Al2(SO4)3 + 3 Cu. Esse cobre metálico formou, com a liga de alumínio do casco, o par galvânico no qual a liga de alumínio é anodo, portanto corroído e o cobre é o catodo.

Trecho da tubulação de liga de cobre com produto de corrosão azul-esverdeado.

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Perfurações do casco e coloração característica de cobre, nas proximidades das perfurações.

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Legenda: 1, ouro. Platina, ródio e prata; 2, monel, inconel e liga níquel molibdênio; 3,

cobre-níquel, solda de prata, bronze alumínio, bronze estanho e bronze canhão; 4, cobre, latões e alpaca; 5, níquel; 6, chumbo, estanho e soldas fracas; 7, aço e ferro fundido; 8, cádmio; 9, zinco; 10, magnésio e ligas de magnésio (cromatizadas); 11, aços inoxidáveis austeníticos, 18Cr – 8Ni; 12, aço inoxidável 18Cr – 2Ni; 13, aço inoxidável13Cr; 14, cromo; 15, titânio; 16, alumínio e ligas de alumínio. A, taxa de corrosão do metal de referencia não é influenciada pela ligação, ou conexão com o metal de contato; B, a taxa de corrosão do metal referencia pode sofrer pequeno aumento pela ligação com o metal de contato; C, a taxa de corrosão do metal de referencia sofre aumento considerável pela ligação com o metal de contato; D, na presença de umidade, mesmo em condições de pouca agressividade, evitar essas ligações sem que sejam usadas medidas protetoras; O, ausência de dados disponíveis.

Fatores importantes a considerar a) Relação entre área anódica e área catódica

Quando o acoplamento galvânico é inevitável, é preciso trabalhar com uma relação de áreas favorável, de modo a evitar que se tenha pequenas áreas anódicas em contato com grandes áreas catódicas, para prevenir altas densidades de corrente nas pequenas áreas anódicas, o que as levaria à falha em curto espaço de tempo. Um exemplo mnemônico é aquele que se pede para nunca colocar rebites de aço para prender chapas de cobre, pois, afinal, os rebites

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Corrosão Prof. Lorenzo seriam destruídos rapidamente, e eles têm função de sustentação na estrutura. Portanto UTILlZAR sempre:

Áreas ANÓDICAS >> Áreas CATÓDlCAS.

b) Inversão de polaridade

É preciso estar atento para possíveis inversões de polaridade entre metais que estão galvanicamente acoplados, pois em algumas situações isso pode ocorrer e o metal que se deseja proteger poderá sair da condição inicial de catodo do par galvânico e passar a ser o anodo, sofrendo desgaste intenso. A seguir são colocadas algumas situações em que essa inversão de polaridade ocorre:

• Presença de complexantes como cianeto, EDTA e ácidos orgânicos:

- Estanho da folha de flandres é catódico em relação ao ferro do

substrato de aço, mas na presença de complexantes o equilíbrio : Sn2+ + 2e- → Sn é deslocado para a esquerda pois os complexantes retiram o íon Sn2+ do meio, e o potencial de equilíbrio do estanho e deslocado para valores mais negativos, tornando-se mais ativo que o ferro, nesse meio.

- Cobre é catódico em relação ao zinco, mas na presença de cianeto, CN-, o íon cuproso, Cu+ é complexado formando o complexo K3[Cu(CN)4] e o equilíbrio : Cu+ + 1e- → Cu é deslocado para a esquerda e o cobre torna-se mais ativo que o zinco. Esse fenômeno ocorre na eletrodeposição de latão (liga de cobre e zinco).

- Formação de películas protetoras sobre metais que se passivam em meios específicos ou em contato com o ar. Ex.: o alumínio é mais ativo que o ferro (na série eletroquímica) mas, em exposição atmosférica, é mais nobre; o zinco e mais ativo que o ferro quando o par é imerso em água fria, mas em água quente o zinco se passiva (formação de óxido e carbonatos protetores) e passa a ser o mais nobre, por isso as tubulações de aço galvanizado, comumente empregadas para o transporte de água fria, apresentam perfurações quando transportam água quente. Formas de proteção contra a corrosão galvânica • Uso de materiais de nobrezas próximas (próximos na série galvânica), Ex.:

para chapas de alumínio, usar parafusos ou rebites de aço cadmiados. • Manter a relação área anódica/área catodica >> 1. Ex.: alguns trocadores de

calor são construídos com tubos de cobre mandrilados num espelho de aço de grande espessura e a carcaça do trocador também é em aço de grande espessura.

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Corrosão Prof. Lorenzo • Promover, se possível, o isolamento elétrico entre os metais de natureza

diferente, usando gaixetas, arruelas, O'rings de materiais como neoprene, teflon, nailon e outros.

• usar um metal de sacrifício, mais anódico que os metais do par galvânico considerado, para que ele sofra desgaste. Aplicação de revestimentos como pinturas, que deve ser aplicada para ambos os metais do par, ou somente para o mais nobre. Nunca pintar apenas o mais ativo!

A corrosão galvânica só ocorre quando se tem o par galvânico em contato com um eletrólito ou em ambiente de elevada umidade relativa. Na ausência dessas condições, ela não é preocupante.

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Exercícios – corrosão galvânica 1) Nos pares metálicos abaixo, indique se poderão ocorrer problemas de corrosão galvânica no caso deles forem utilizados juntos em uma instalação. Em caso afirmativo, qual dos materiais corroerá mais intensamente? a) Ouro / liga de níquel; b) Chumbo / estanho; c) Bronze / magnésio; d) Aço inoxidável / bronze; e) Alumínio / borracha; f) Alumínio / titânio; g) Titânio / aço carbono; h) Aço carbono / ferro fundido; i) Cromo / platina 2) Foram produzidas janelas com os materiais cobre e aço inoxidável. Estas janelas foram exposta a um ambiente de umidade relativa de 20%. Haverá corrosão galvânica? Explique. 3) Em quais dos casos abaixo se terá um maior problema de corrosão? Explique. (a) Na construção um tanque de chapas de aço carbono e utilizaram-se arrebites de cobre; (b) Na construção um tanque de chapas de cobre e utilizaram-se arrebites de aço carbono. 4) Um equipamento foi construído com os materiais aço carbono e aço inoxidável. Para se evitar a corrosão o aço carbono foi pintado. Após pouco tempo o aço carbono estava corroído. Por que ocorreu a corrosão do aço carbono tão precocemente? 5) Uma tubulação será construída com tubos de aço carbono e cobre. Você sabe que com este par metálico haverá problemas com a corrosão galvânica. Como projetar uma tubulação com esses materiais minimizando os problemas de corrosão galvânica?

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