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O que é corrosão química e como eliminá-la?

A corrosão química é um processo que consiste na destruição de um metal ao interagir com um ambiente externo agressivo. A variedade química dos processos de corrosão não está relacionada aos efeitos da corrente elétrica. Nesse tipo de corrosão, ocorre uma reação oxidativa, onde o material a ser destruído é ao mesmo tempo um agente redutor para os elementos do meio.

Corrosão química

A classificação de uma variedade de ambientes agressivos inclui dois tipos de destruição de metais:

  • corrosão química em líquidos não eletrolíticos;
  • corrosão por gases químicos.
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Corrosão gasosa

A forma mais comum de corrosão química - gás - é um processo corrosivo que ocorre em gases a temperaturas elevadas. Esse problema é típico para a operação de muitos tipos de equipamentos e peças tecnológicas (acessórios de fornos, motores, turbinas, etc.). Além disso, temperaturas ultra-altas são usadas no processamento de metais sob alta pressão (aquecimento antes de rolar, estampagem, forjamento, processos térmicos, etc.).

As características do estado dos metais a temperaturas elevadas são determinadas por duas de suas propriedades - resistência ao calor e resistência ao calor. Resistência ao calor é o grau de estabilidade das propriedades mecânicas de um metal em temperaturas ultra altas. Sob a estabilidade das propriedades mecânicas refere-se à preservação da força por um longo tempo e resistência à fluência. Resistência ao calor é a resistência de um metal à atividade corrosiva de gases a temperaturas elevadas.

Corrosão de metal

A taxa de desenvolvimento da corrosão do gás é determinada por vários indicadores, incluindo:

  • temperatura da atmosfera;
  • componentes incluídos em um metal ou liga;
  • parâmetros ambientais onde os gases estão localizados;
  • duração do contato com o meio gasoso;
  • propriedades de produtos corrosivos.

O processo de corrosão é mais influenciado pelas propriedades e parâmetros do filme de óxido que apareceu na superfície do metal. A formação de óxido pode ser cronologicamente dividida em duas etapas:

  • adsorção de moléculas de oxigênio em uma superfície de metal interagindo com a atmosfera;
  • entrar em contato com a superfície do metal com gás, resultando em um composto químico.

Corrosão para navios

O primeiro estágio é caracterizado pelo aparecimento de uma ligação iônica, como resultado da interação de oxigênio e átomos de superfície, quando um átomo de oxigênio retira um par de elétrons de um metal. A ligação que surgiu é diferenciada pela força excepcional - é maior que a ligação do oxigênio com um metal em um óxido.

A explicação para essa conexão está no efeito do campo atômico no oxigênio. Assim que a superfície do metal é preenchida com um agente oxidante (e isso acontece muito rapidamente), a baixas temperaturas, graças à força de Van der Waals, começa a adsorção de moléculas oxidantes. O resultado da reação é o aparecimento do filme monomolecular mais fino, que com o tempo se torna mais espesso, o que complica o acesso ao oxigênio.

No segundo estágio, ocorre uma reação química durante a qual o elemento oxidante do meio retira elétrons de valência do metal. A corrosão química é o resultado final da reação.

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Características do filme de óxido

A classificação dos filmes de óxido inclui três tipos:

  • fino (invisível sem dispositivos especiais);
  • médio (descoloração);
  • grosso (visível a olho nu).

O filme de óxido resultante tem capacidade de proteção - diminui a velocidade ou até inibe completamente o desenvolvimento de corrosão química. Além disso, a presença de um filme de óxido aumenta a resistência ao calor do metal.

No entanto, um filme verdadeiramente eficaz deve atender a várias características:

  • não ser poroso;
  • ter uma estrutura contínua;
  • tenha boas propriedades adesivas;
  • diferem na inércia química em relação à atmosfera;
  • seja duro e resistente ao desgaste.

Uma das condições acima - uma estrutura sólida é especialmente importante. A condição de continuidade é o excesso do volume das moléculas do filme de óxido sobre o volume dos átomos de metal. Continuidade é a capacidade do óxido de cobrir toda a superfície do metal com uma camada contínua. Se essa condição não for atendida, o filme não poderá ser considerado protetor. No entanto, existem exceções a esta regra: para alguns metais, por exemplo, para magnésio e elementos de grupos alcalino-terrosos (excluindo berílio), a continuidade não pertence a indicadores críticos.

Filme de óxido em metal

Para determinar a espessura do filme de óxido, várias técnicas são usadas. As qualidades protetoras do filme podem ser esclarecidas no momento de sua formação. Para fazer isso, estudamos a taxa de oxidação do metal e os parâmetros da mudança de velocidade ao longo do tempo.

Para o óxido já formado, é utilizado outro método, que consiste em estudar a espessura e as características protetoras do filme. Para fazer isso, um reagente é aplicado à superfície. Em seguida, os especialistas registram o tempo necessário para a penetração do reagente e, com base nos dados obtidos, concluem a espessura do filme.

Preste atenção! Até o filme de óxido finalmente formado continua a interagir com o meio oxidante e o metal.

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Taxa de corrosão

A intensidade com que a corrosão química se desenvolve depende do regime de temperatura. A altas temperaturas, os processos oxidativos se desenvolvem mais rapidamente. Além disso, a diminuição do papel do fator termodinâmico no curso da reação não afeta o processo.

De considerável importância é o resfriamento e o aquecimento variável. Devido a tensões térmicas, rachaduras aparecem no filme de óxido. Através dos orifícios, o elemento oxidante atinge a superfície. Como resultado, uma nova camada de filme de óxido é formada e a primeira é removida.

Corrosão automóvel de componentes de gás

Não é o menor papel desempenhado pelos componentes do meio gasoso. Esse fator é individual para diferentes tipos de metais e é consistente com as flutuações de temperatura. Por exemplo, o cobre é suscetível à corrosão se estiver em contato com oxigênio, mas é resistente a esse processo em um ambiente de óxido de enxofre. Para o níquel, pelo contrário, o óxido sulfúrico é fatal e a estabilidade é observada no oxigênio, dióxido de carbono e no ambiente aquático. Mas o cromo é resistente a todos esses ambientes.

Preste atenção! Se o nível de pressão da dissociação do óxido exceder a pressão do elemento oxidante, o processo de oxidação é interrompido e o metal adquire estabilidade termodinâmica.

Os componentes da liga também afetam a taxa da reação oxidativa. Por exemplo, manganês, enxofre, níquel e fósforo não contribuem para a oxidação do ferro. Mas alumínio, silício e cromo tornam o processo mais lento. Cobalto, cobre, berílio e titânio diminuem ainda mais a oxidação do ferro. Os aditivos de vanádio, tungstênio e molibdênio ajudarão a tornar o processo mais intenso, o que é explicado pela fusibilidade e volatilidade desses metais. As reações de oxidação prosseguem mais lentamente com a estrutura austenítica, uma vez que é mais adaptada a altas temperaturas.

Ligas metálicas

Outro fator do qual a taxa de corrosão depende é a característica da superfície tratada. Superfícies lisas oxidam mais lentamente e superfícies irregulares mais rapidamente.

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Corrosão em líquidos não eletrolíticos

Fluidos não condutores (isto é,líquidos não eletrolíticos) incluem substâncias orgânicas como:

  • benzeno;
  • clorofórmio;
  • álcoois;
  • tetracloreto de carbono;
  • fenol;
  • óleo;
  • gasolina;
  • querosene, etc.

 

Fluidos não eletrolíticos

Além disso, uma pequena quantidade de líquidos inorgânicos, como bromo líquido e enxofre fundido, são classificados como líquidos não eletrolíticos.

Deve-se notar que os próprios solventes orgânicos não reagem com os metais, no entanto, na presença de uma pequena quantidade de impurezas, ocorre um intenso processo de interação.

Elementos de enxofre no óleo aumentam a taxa de corrosão. Além disso, altas temperaturas e a presença de oxigênio no líquido aprimoram os processos de corrosão. A umidade intensifica o desenvolvimento de corrosão de acordo com o princípio eletromecânico.

Outro fator no rápido desenvolvimento da corrosão é o bromo líquido. Em temperaturas normais, é particularmente prejudicial para aços de alto carbono, alumínio e titânio. Menos significativo é o efeito do bromo no ferro e níquel. A maior resistência ao bromo líquido é demonstrada pelo chumbo, prata, tântalo e platina.

Chumbo de metal

O enxofre derretido entra em uma reação agressiva com quase todos os metais, principalmente com chumbo, estanho e cobre. Os tipos de carbono do aço e do enxofre de titânio são menos afetados e destroem quase completamente o alumínio.

As medidas de proteção para estruturas metálicas localizadas em meios líquidos não condutores são realizadas adicionando metais resistentes a um meio específico (por exemplo, aços com alto teor de cromo). Além disso, revestimentos de proteção especiais são usados ​​(por exemplo, em um ambiente onde há muito enxofre, revestimentos de alumínio são usados).

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Métodos de proteção contra corrosão

Os métodos de controle de corrosão incluem:

  • processar o metal base com uma camada protetora (por exemplo, aplicar tinta);
    Tinta anticorrosão
  • o uso de inibidores (por exemplo, cromatos ou arsenitos);
  • a introdução de materiais resistentes a processos de corrosão.

A escolha de um material específico depende da eficácia potencial (incluindo tecnológica e financeira) de seu uso.

Os princípios modernos de proteção de metais são baseados em tais técnicas:

  1. Melhorando a resistência química dos materiais. Materiais quimicamente resistentes (plásticos de alto polímero, vidro, cerâmica) comprovaram-se com sucesso.
  2. Isolamento de material de um ambiente agressivo.
  3. Reduzindo a agressividade do ambiente tecnológico Exemplos de tais ações incluem a neutralização e remoção da acidez em ambientes corrosivos, bem como o uso de vários inibidores.
  4. Proteção eletroquímica (impondo uma corrente externa).

Os métodos acima são divididos em dois grupos:

  1. Maior resistência química e isolamento são aplicados antes do trabalho em metal ser colocado em operação.
  2. A redução da agressividade do ambiente e a proteção eletroquímica já são usadas no processo de utilização de um produto metálico. A aplicação dessas duas técnicas possibilita a introdução de novos métodos de proteção, como resultado da proteção fornecida pela alteração das condições operacionais.

Um dos métodos mais comuns de proteção de metais - revestimento anticorrosivo galvânico - não é economicamente rentável para grandes áreas de superfície. O motivo é o alto custo do processo preparatório.

Galvanoplastia de metais

O principal lugar entre os métodos de proteção é o revestimento de metais com tintas e vernizes. A popularidade deste método de combate à corrosão se deve a uma combinação de vários fatores:

  • altas propriedades protetoras (hidrofobicidade, repulsão de líquidos, baixa permeabilidade ao gás e permeabilidade ao vapor);
  • capacidade de fabricação;
  • amplas oportunidades para soluções decorativas;
  • manutenibilidade;
  • justificativa econômica.

Ao mesmo tempo, o uso de materiais amplamente disponíveis não apresenta desvantagens:

  • molhamento incompleto da superfície do metal;
  • adesão quebrada do revestimento ao metal base, o que leva ao acúmulo de eletrólito sob o revestimento resistente à corrosão e, portanto, contribui para a corrosão;
  • porosidade, levando ao aumento da permeabilidade à umidade.

No entanto, a superfície pintada protege o metal de processos corrosivos, mesmo com danos fragmentados ao filme, enquanto revestimentos galvânicos imperfeitos podem até acelerar a corrosão.

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Revestimentos de organossilicato

Para proteção contra corrosão de alta qualidade, recomenda-se o uso de metais com alto nível de hidrofobicidade, impermeabilidade em ambientes aquosos, a gás e a vapor. Esses materiais incluem organossilicatos.

Aço inoxidável não corroer

A corrosão química praticamente não se aplica a materiais organossilicatos. As razões para isso estão no aumento da estabilidade química de tais composições, sua resistência à luz, qualidades hidrofóbicas e baixa absorção de água. Os organossilicatos também são resistentes a baixas temperaturas, têm boas propriedades adesivas e resistência ao desgaste.

Os problemas de destruição de metais devido aos efeitos da corrosão não desaparecem, apesar do desenvolvimento de tecnologias para combatê-los. O motivo é o aumento constante na produção de metal e as condições operacionais cada vez mais difíceis dos produtos. É impossível finalmente resolver o problema nesta fase, portanto os esforços dos cientistas estão concentrados em encontrar oportunidades para desacelerar os processos de corrosão.

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