Corrosão de metal – causas e métodos de proteção

A corrosão do metal contém muito mais do que o nome de uma banda de rock popular. A corrosão destrói irrevogavelmente o metal, transformando-o em pó: de todo o ferro produzido no mundo, 10% entrará em colapso completo no mesmo ano. A situação com o metal russo é mais ou menos assim – todo o metal fundido em um ano, em cada sexto alto-forno em nosso país, torna-se pó enferrujado antes do final do ano.

A expressão “custa muito caro” em relação à corrosão do metal é mais que verdadeira – o dano anual causado pela corrosão é de pelo menos 4% da receita anual de qualquer país desenvolvido, e na Rússia o valor do dano é calculado em dez dígitos. Então, o que causa processos corrosivos em metais e como lidar com eles?

O que é corrosão de metal

Destruição de metais como resultado da interação eletroquímica (dissolução em um ambiente de ar ou água contendo umidade – eletrólito) ou química (formação de compostos metálicos com agentes químicos de alta agressão) com o meio ambiente. Um processo de corrosão em metais pode se desenvolver apenas em algumas áreas da superfície (corrosão local), cobrir toda a superfície (corrosão uniforme) ou destruir o metal ao longo dos limites de grão (corrosão intergranular).

Metal sob a influência de oxigênio e água torna-se um pó castanho claro solto, mais conhecido como ferrugem (Fe₂O₃H₂SOBRE).

Corrosão química

Este processo ocorre em ambientes que não são condutores de corrente elétrica (gases secos, líquidos orgânicos – derivados de petróleo, álcoois, etc.), e a intensidade da corrosão aumenta com o aumento da temperatura – como resultado, uma película de óxido se forma na superfície do metal.

Todos os metais, ferrosos e não ferrosos, estão sujeitos à corrosão química. Metais não ferrosos ativos (por exemplo, alumínio) sob a influência da corrosão são recobertos por uma película de óxido que impede a oxidação profunda e protege o metal. E um metal de baixa atividade como o cobre, sob a influência da umidade do ar, adquire um tom esverdeado – pátina. Além disso, o filme de óxido não protege o metal da corrosão em todos os casos – somente se a estrutura química cristalina do filme formado for consistente com a estrutura do metal, caso contrário, o filme não fará nada..

As ligas são suscetíveis a outro tipo de corrosão: alguns elementos das ligas não são oxidados, mas são reduzidos (por exemplo, em uma combinação de alta temperatura e pressão nos aços, ocorre a redução de carbonetos com hidrogênio), enquanto as ligas perdem completamente as características necessárias.

Corrosão eletroquímica

O processo de corrosão eletroquímica não requer a imersão obrigatória do metal no eletrólito – um filme eletrolítico suficientemente fino em sua superfície (muitas vezes as soluções eletrolíticas impregnam o ambiente ao redor do metal (concreto, solo, etc.)). A causa mais comum de corrosão eletroquímica é o uso generalizado de sais domésticos e industriais (cloretos de sódio e potássio) para remover gelo e neve nas estradas no inverno – carros e utilidades subterrâneas são particularmente afetados (de acordo com as estatísticas, as perdas anuais nos Estados Unidos pelo uso de sais no inverno são $ 2,5 bilhões).

Acontece o seguinte: metais (ligas) perdem alguns de seus átomos (passam para a solução eletrolítica na forma de íons), elétrons que substituem os átomos perdidos carregam o metal com carga negativa, enquanto o eletrólito tem carga positiva. Forma-se um par galvânico: o metal é destruído, gradualmente todas as suas partículas passam a fazer parte da solução. A corrosão eletroquímica pode ser causada por correntes parasitas decorrentes do vazamento de uma parte da corrente do circuito elétrico para soluções aquosas ou para o solo e daí para uma estrutura metálica. Nos lugares onde as correntes parasitas deixam as estruturas de metal de volta na água ou no solo, ocorre a destruição do metal. É especialmente comum que correntes parasitas ocorram em locais de movimento de transporte elétrico terrestre (por exemplo, bondes e locomotivas ferroviárias com tração elétrica). Em apenas um ano, as correntes errantes de 1A são capazes de dissolver o ferro – 9,1 kg, zinco – 10,7 kg, chumbo – 33,4 kg.

Outras causas de corrosão de metal

O desenvolvimento de processos corrosivos é facilitado pela radiação, resíduos de microorganismos e bactérias. A corrosão causada por microrganismos marinhos danifica o fundo dos navios, e os processos corrosivos causados ​​por bactérias até têm seu próprio nome – biocorrosão.

A combinação dos efeitos das tensões mecânicas e do ambiente externo acelera a corrosão dos metais muitas vezes – sua estabilidade térmica diminui, as películas de óxido de superfície são danificadas e, nos locais onde aparecem desomogeneidades e rachaduras, a corrosão eletroquímica é ativada.

Medidas de proteção contra corrosão para metais

Uma consequência inevitável do progresso tecnológico é a poluição do nosso meio ambiente – um processo que acelera a corrosão dos metais, uma vez que o meio externo está cada vez mais agressivo com eles. Não há como eliminar completamente a destruição corrosiva dos metais, tudo o que se pode fazer é retardar esse processo o máximo possível.

Para minimizar a destruição de metais, você pode fazer o seguinte: reduzir a agressão do meio ambiente ao redor do produto metálico; aumentar a resistência do metal à corrosão; excluir a interação entre metal e substâncias do ambiente externo que apresentem agressão.

Por milhares de anos, a humanidade tentou muitos métodos de proteção de produtos metálicos da corrosão química, alguns deles ainda são usados ​​hoje: revestimento com gordura ou óleo, outros metais que corroem em menor grau (o método mais antigo, que tem mais de 2 mil anos, é a estanhagem (revestimento lata)).

Proteção anticorrosiva com revestimentos não metálicos

Revestimentos não metálicos – tintas (alquídicas, óleos e esmaltes), vernizes (sintéticos, betuminosos e alcatrão) e polímeros formam uma película protetora na superfície dos metais, excluindo (com sua integridade) o contato com o meio externo e umidade.

A utilização de tintas e vernizes é vantajosa porque esses revestimentos de proteção podem ser aplicados diretamente na montagem e na obra. Os métodos de aplicação de tintas e vernizes são simples e passíveis de mecanização, revestimentos danificados podem ser restaurados “no local” – durante a operação, esses materiais têm um custo relativamente baixo e seu consumo por unidade de área é pequeno. No entanto, a sua eficácia depende do cumprimento de várias condições: cumprimento das condições climáticas em que a estrutura metálica será utilizada; a necessidade de usar exclusivamente tintas e vernizes de alta qualidade; aderência estrita à tecnologia de aplicação em superfícies metálicas. As tintas e vernizes são melhor aplicados em várias camadas – sua quantidade irá fornecer a melhor proteção contra intempéries na superfície do metal.

Polímeros como resinas epóxi e poliestireno, cloreto de polivinila e polietileno podem atuar como revestimentos protetores contra a corrosão. Na construção civil, as peças embutidas de concreto armado são cobertas com revestimentos de uma mistura de cimento e perclorovinil, cimento e poliestireno.

Proteção do ferro contra a corrosão por revestimentos de outros metais

Existem dois tipos de revestimentos inibidores de metal – revestimento (revestimentos de zinco, alumínio e cádmio) e resistentes à corrosão (revestimentos de prata, cobre, níquel, cromo e chumbo). Os inibidores são aplicados quimicamente: o primeiro grupo de metais tem uma alta eletronegatividade em relação ao ferro, o segundo – uma alta eletropositividade. Os mais difundidos em nossa vida cotidiana são os revestimentos metálicos de ferro com estanho (folha-de-flandres, são feitas latas) e zinco (ferro galvanizado – telhados), obtidos puxando-se chapas de ferro através do derretimento de um desses metais..

Acessórios de ferro fundido e aço, bem como tubos de água são frequentemente galvanizados – esta operação aumenta significativamente sua resistência à corrosão, mas apenas em água fria (quando água quente é fornecida, os tubos galvanizados se desgastam mais rápido do que os não galvanizados). Apesar da eficácia da galvanização, ela não oferece proteção ideal – o revestimento de zinco freqüentemente contém rachaduras, que requerem niquelagem preliminar de superfícies metálicas (niquelagem) para eliminá-las. Os revestimentos de zinco não permitem a aplicação de tintas e vernizes sobre eles – não há revestimento estável.

A melhor solução para proteção contra corrosão é um revestimento de alumínio. Este metal tem menor gravidade específica, o que significa que é menos consumido, superfícies aluminizadas podem ser pintadas e a camada de tinta fica estável. Além disso, o revestimento de alumínio, em comparação com o revestimento galvanizado, é mais resistente a ambientes agressivos. O alumínio não é muito utilizado devido à dificuldade de aplicação deste revestimento em uma chapa – o alumínio fundido apresenta alta agressão a outros metais (por esta razão, o fundido de alumínio não pode ser contido em um banho de aço). Talvez esse problema seja completamente resolvido em um futuro muito próximo – o método original de realizar a aluminização foi descoberto por cientistas russos. A essência do desenvolvimento não é imergir a chapa de aço na fusão de alumínio, mas elevar o alumínio líquido à chapa de aço.

Aumentando a resistência à corrosão pela adição de aditivos de liga a ligas de aço

A introdução de cromo, titânio, manganês, níquel e cobre em uma liga de aço possibilita a obtenção de um aço-liga com altas propriedades anticorrosivas. A liga de aço é especialmente resistente a uma grande proporção de cromo, devido ao qual uma película de óxido de alta densidade se forma na superfície das estruturas. A introdução do cobre na composição dos aços de baixa liga e ao carbono (de 0,2% a 0,5%) permite aumentar sua resistência à corrosão em 1,5-2 vezes. Os aditivos de liga são introduzidos na composição do aço em conformidade com a regra de Tamman: alta resistência à corrosão é alcançada quando há um átomo de metal de liga para cada oito átomos de ferro.

Medidas anticorrosão

Para reduzi-lo, é necessário reduzir a atividade corrosiva do meio pela introdução de inibidores não metálicos e reduzir o número de componentes capazes de iniciar uma reação eletroquímica. Este método irá reduzir a acidez de solos e soluções aquosas em contato com metais. Para reduzir a corrosão do ferro (suas ligas), assim como latão, cobre, chumbo e zinco, o dióxido de carbono e o oxigênio devem ser removidos das soluções aquosas. A indústria de energia está removendo cloretos da água que podem afetar a corrosão localizada. A calagem do solo pode reduzir sua acidez.

Proteção contra correntes parasitas

É possível reduzir a eletrocorrosão de utilidades subterrâneas e estruturas metálicas enterradas se várias regras forem observadas:

• a seção da estrutura que serve como fonte de corrente parasita deve ser conectada com um condutor metálico ao trilho do bonde;
• as rotas da rede de aquecimento devem estar localizadas o mais longe possível das ferrovias ao longo das quais os veículos elétricos trafegam, para minimizar o número de seus cruzamentos;
• o uso de suportes de tubos isolantes para aumentar a resistência de transição entre o solo e os dutos;
• nas entradas para objetos (fontes potenciais de correntes parasitas), é necessário instalar flanges isolantes;
• instale jumpers longitudinais condutores em conexões de flange e juntas de expansão da caixa de gaxetas – para aumentar a condutividade elétrica longitudinal na seção protegida de tubulações;
• para equalizar os potenciais de dutos localizados em paralelo, é necessário instalar jumpers elétricos transversais em seções adjacentes.

A proteção de objetos metálicos isolados e pequenas estruturas de aço é realizada com um protetor que atua como um ânodo. O material do protetor é um dos metais ativos (zinco, magnésio, alumínio e suas ligas) – ele assume grande parte da corrosão eletroquímica, colapsando e preservando a estrutura principal. Um ânodo de magnésio, por exemplo, protege 8 km de dutos.

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