Corrosão Galvânica: Mecanismos, Exemplos e Prevenção, Notas de aula de Energia

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CORROSÃO GALVÂNICA OU

BIMETÁLICA

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Corrosão Galvânica - Características

Acoplamento de metais com diferentes potenciais de corrosão

(nobrezas diferentes) em contato elétrico em um mesmo eletrólito

METAL MAIS NOBRE

• É polarizado catodicamente –

seu potencial de corrosão

diminui;

• Passa a corroer com

velocidade menor do que se

estivesse isolado no mesmo

meio.

METAL MENOS NOBRE

• É polarizado anodicamente – seu

potencial de corrosão aumenta;

• Passa a corroer com velocidade

maior do que se estivesse isolado

no mesmo meio;

• A corrosão ocorre perto da junção

com o metal mais nobre.

O acoplamento galvânico deve ser evitado quando o metal menos nobre não pode ser corroído

O acoplamento galvânico pode ser utilizado como método de proteção contra a corrosão para

o metal mais nobre – acoplamento intencional

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Corrosão Galvânica - Mecanismo

Diferença de potencial entre dois metais diferentes e imersos em um mesmo eletrólito –

diferencia da pilha no sentido de que o processo é indesejável

Zn Cu [Zn2+] = 0,01 M [Cu2+] = 0,5 M Anodo (^) Catodo Zn Cu Pilha Galvânica - aproveitamento da ddp para realizar trabalho CORROSÃO GALVÂNICA - A diferença de potencial entre os dois materiais leva a uma corrosão mais rápida do metal menos nobre

- em serviço a corrente gerada não é aproveitada Metais com nobrezas diferentes e imersos em um eletrólito condutor

5 E (V/Ref) log i (A/cm^2 ) Eeq. (A) io(A) Eeq. H+/H io(H+/H2) (A) 𝑧𝐻

• 𝑧𝑒 − → 𝑧 2 𝐻 2 Ecorr (A) icorr(A) 𝑀𝑒𝐴 → 𝑀𝑒𝐴 𝑧+
• 𝑧𝑒 − io(H+/H2) (B) Eeq. (B) io(B) Ecorr (B) icorr(B) 𝑀𝑒𝐵 → 𝑀𝑒𝐵 𝑧+
• 𝑧𝑒 − Curva soma das reações catódicas Curva soma das reações anódicas

NOVO E

corr(par)

- “A” polarizado anodicamente (Ecorr(par) > Ecorr (A)) , e “B” polarizado catodicamente (Ecorr(par) < Ecorr (B)). 𝒊

𝒊

Teoria do potencial misto para metais acoplados galvanicamente – áreas iguais dos dois metais

• i‘ corr(A) > i corr(A) ;
• i‘ corr(B) < i corr(B) .

Ecorr (A) Icorr(A) Io(H+/H2(B) Eeq. (B) Io(B) Ecorr (B) Icorr(B) 𝑀𝑒𝐵 → 𝑀𝑒𝐵 𝑧+

• 𝑧𝑒 − 7 E (V/Ref) log I (A) Eeq. (A) Io(A) Eeq. H+/H Io(H+/H2) (A) 𝑧𝐻
• 𝑧𝑒 − → 𝑧 2 𝐻 2 𝑀𝑒𝐴 → 𝑀𝑒𝐴 𝑧+
• 𝑧𝑒 − Curva soma das reações catódicas Curva soma das reações anódicas

NOVO Ecorr – “A” polarizado

anodicamente, e “B” polarizado catodicamente. Metais acoplados galvanicamente Área Metal mais nobre << Área Metal menos nobre 𝑧𝐻

• 𝑧𝑒 − → 𝑧 2 𝐻 2

A corrente de

corrosão de “A” –

PRATICAMENTE

NÃO AUMENTA

𝑰

O aumento da densidade de corrente no metal menos nobre é desprezível. Já para o mais nobre, ocorre grande diminuição.

PMT 2507- CORROSÃO E PROTEÇÃO DOS MATERIAIS - Neusa Alonso-Falleiros 8 f f 1 ; S S ; f S S f S S S ; Sendo: Cu Ni par Ni Ni par Cu Cu par Cu Ni       Ni a Ni Ni Cu aCu Cu Ni Ni aNi Cu Cu aCu par aNi par aCu par aCu aNi par a par a par

S

I

f

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I I

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I

i

, , , , , , , , ,

,     .^ .

a par Cu aCu Ni a Ni

i f i f i

, , ,

Determinação da densidade de corrente anódica em um par galvânico

• Par galvânico Cu-Ni, onde o Cu é mais nobre que o Ni

10 Técnicas para prever a corrosão galvânica

 Medida do potencial de corrosão de cada um dos metais no meio de interesse seguido de

determinação do potencial de corrosão (misto) do par – proporção entre as áreas é

importante.

 Levantamento de curvas de polarização do metal com verificação de sua corrente de

corrosão quando polarizado no potencial do par.

 Determinar a série galvânica no meio de interesse e procurar acoplar metais que

apresentem potencial de corrosão próximos;

11 Série Galvânica em Água do Mar (escala de nobreza prática) http://www.rowantechnology.com/technical-resources/galvanic-series/ http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6348-corrosao-em-agua-salgada#.VUggbvldVB

13 Técnicas para medir a intensidade da corrosão galvânica

 Gravimétrica com os metais acoplados – perda de massa em função do tempo (ASTM);

 Medida da corrente galvânica entre os dois metais com auxílio de um circuito especial –

amperímetro de resistência nula.

Casos Práticos

 Acoplamento de metais com nobrezas diferentes;

 Presença no eletrólito de íons de um metal mais nobre (deslocamento galvânico) – o metal

mais nobre irá se depositar sobre o menos nobre formando uma pilha galvânica.

Ferro Cobre

SIM

NÃO

Fluxo?? Fluxo??

Fluxo errado:

• Deslocamento galvânico do Fe pelo Cu 2+

• Formação de pilha galvânica entre o Cu

depositado e o Fe podendo levar à

perfuração deste último – problema

mais grave.

14 Fatores importantes a considerar

 Área anódica >>> Área catódica – um rebite NUNCA pode ser menos nobre que a chapa!

EXEMPLO - Rebites de aço devem ser cadmiados se forem usados para dar sustentação

mecânica a chapas de alumínio.

Inversão de polaridade – presença de complexantes (EDTA para o par Sn/Fe, CN

para o par

Cu/Zn), formação de películas passivas (par Fe/Al em exposição atmosférica, par Fe/Zn em

água quente e pH aproximadamente neutro).

Caso clássico – Marinha Real Britânica (século XVII)

• Remoção do revestimento de Pb dos navios para evitar a “severa desintegração” de cabeças de parafusos de Fe e também do leme;
• Substituição do Pb por Cu - cobre protetor sobre a fragata “HMS Royal Navy ” separou-se do casco de madeira em muitos lugares, porque os pregos de ferro que tinha sido utilizados para fixar o cobre na madeira tinham ficado fragilizados ao extremo. Alguns pregos tinham mantido sua integridade pois haviam sido isolados do cobre por um papel de coloração marrom que foi preso sob a cabeça do prego. Este papel marrom era proveniente do material usado para embalar os pregos e que não havia sido removido. https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/corrosao/corrosao-galvanica

16 Corrosão Galvânica associada a fatores microestruturais

• Ligas apresentam composição heterogênea – microcélulas galvânicas podem se estabelecer

entre a matriz e intermetálicos, em zonas de segregação, entre zonas empobrecidas e

enriquecidas em um determinado elemento de liga, etc.

Referência: LIBERTO, R.C. N. Doutorado, EPUSP, 2009.

17 Proteção catódica PRINCÍPIO - alterar o potencial do metal que se deseja proteger de modo que o novo potencial se situe abaixo do potencial de equilíbrio do metal (idealmente) – região de imunidade do diagrama de Pourbaix.

19 Tipos de Proteção catódica

 Galvânica ou por anodo de sacrifício.

 Por corrente impressa.

Proteção Catódica por Anodo de Sacrifício

 Princípio da proteção – diferença de potencial entre o metal a ser protegido (mais nobre) e o

metal que irá protegê-lo (menos nobre).

 Anodos mais utilizados – Al, Zn e Mg.

Instalação

20 http://www.mundoeducacao.com/quimica/protecao-dos-metais-contra-corrosao.htm Instalação de Anodos de Sacrifício para Proteção de Hélices de Navio