Exame Degradação de Materiais PDF

**Exame Degradação de Materiais** 1. **O que é um elétrodo?** É homogéneo e isotrópico. **O que acontece quando um metal inerte é imerso numa solução eletrolítica?** Ocorre a redistribuição das partículas do eletrólito, seguindo-se o carregamento do lado do elétrodo na interface, indução da car...

**Exame Degradação de Materiais** 1. **O que é um elétrodo?** É homogéneo e isotrópico. **O que acontece quando um metal inerte é imerso numa solução eletrolítica?** Ocorre a redistribuição das partículas do eletrólito, seguindo-se o carregamento do lado do elétrodo na interface, indução da carga do lado metálico, separação de cargas e posterior desenvolvimento de potencial. **Por que preocuparmo-nos com camadas eletrificadas?** Sendo que estas são responsáveis por reações eletroquímicas, como a dissolução de iões que são responsáveis pela posterior degradação dos metais. **O que acontece quando um metal não inerte é imerso numa solução eletrolítica?** Ocorre uma troca de carga na interface, sendo uma alternativa á formação da dupla camada. **Em condições de equilíbrio:** i direto=i inverso = io (corrente de permuta) **Em condições de quasi equilíbrio:** i \< \< io, o equilíbrio não é afetado, sendo que o sistema é capaz de compensar. **Em condições de não equilíbrio:** i \> io, o sistema nunca consegue compensar a falta de eletrões, havendo uma redistribuição da carga. **Uma corrente anódica:** é positiva e vai do fluxo de eletrões do elétrodo para o circuito externo. **Uma corrente catódica:** é negativa e vai do circuito externo para o fluxo de eletrões do elétrodo. **Interface não polarizável:** o potencial não muda mesmo com um pequeno fluxo, pelo que o sistema drena facilmente o fluxo de corrente. **Interface polarizável:** o potencial muda mesmo com um pequeno fluxo, sendo que o sistema acumula facilmente carga. **Sobretensão de ativação:** Ocorre quando o processo de oxidação/redução no elétrodo é o passo determinante para a transferência de carga, pelo que a taxa de reação é regida pela taxa de eletrões transferidos no elétrodo. **Sobretensão de concentração:** Ocorre quando o processo de difusão das espécies sofre o processo de oxidação/redução, sendo este o passo determinante da taxa de transferência de carga. 2. **O que é a corrosão?** Deterioração ou destruição do material devido a reações com o seu ambiente. **Porque é que a maioria dos metais corroem?** Sendo que a forma de oxido do metal é termodinamicamente mais estável do que a forma do metal. Por norma ocorre a oxidação do metal e a redução é a formação de hidrogénio. **Quais os ambientes que levam a problemas de corrosão?** Água do mar, atmosfera salina, atmosfera com alto teor de humidade e que transportam compostos de acido sulfúrico e nítrico. **Quais os problemas associados à corrosão?** Perda de funcionalidade, mudança de aparência, contaminação, problemas de segurança e problemas ambientais (poluição) **Quais os tipos de corrosão que existem?** Corrosão húmida (presença de água), sendo que a fonte de energia é o campo elétrico. Corrosão seca (sem água), sendo a fonte de energia a energia térmica. **Quais as regiões propensas a sofrer corrosão?** São os limites de grão, sendo estas as regiões de maior energia, amorfas e com mais impurezas. **A corrosão é sempre má?** Não, sendo que pode ocorrer o processo de passivação, o qual consiste na formação de uma camada de oxido protetora que protege o metal de ambientes externos. Na corrosão o elétrodo (cátodo) e a peça de trabalho (ânodo) são colocadas num eletrólito, onde se aplica uma voltagem. Sendo no lado do ânodo (peça) os átomos do metal dissolvem-se. 3. **Quais os parâmetros que podem ser usados para caracterizar o estado do metal quando está imerso?** O pH, a temperatura (ambos responsáveis pela velocidade de corrosão) e o potencial eletroquímico. **Quando temos uma linha constante no potencial.** Podemos considerar um equilíbrio físico, sendo que depende do potencial. É constante, logo não depende do pH. **Quando temos uma linha decrescente.** A reação depende do pH, quanto maior o número de eletrões retirados do sistema, maior o estado de oxidação. **Quando temos uma linha vertical.** É considerado um equilíbrio eletroquímico, sendo que não há eletrões envolvidos, ou seja, não há potencial. **Diagrama de pourbaix cores:** Cor vermelha (bordas) representa zonas de corrosão, as verdes podem indicar ou não que o material está passivado, e a cinzento a imunidade. **Quais as limitações destes diagramas?** Não há informação sobre a cinética de corrosão. Estes diagramas são derivados para condições especificas de temperatura, pressão e atividade do metal. São apenas considerados metais puros, os óxidos não são necessariamente passivantes e se o diagrama prevê imunidade do metal, pode-se ter a certeza de que não há corrosão. 4. **Formas de Corrosão** 1. **Ataque Uniforme:** é a forma mais comum de corrosão, sendo que ocorrem reações a. **Prevenções:** Escolher materiais adequados (revestimentos), usar inibidores (ambientes fechados) e usar proteção catódica. 2. **Corrosão Galvânica ou de dois metais:** Cada metal tem um potencial eletroquímico diferente, pelo que se metais diferentes forem sujeitos a um ambiente corrosivo, condutivo e conectados eletricamente, um sofre oxidação e outra redução. O metal com um menor potencial, o que perde eletrões, corrói mais rápido do que quando está sozinho (ânodo). O metal com maior potencial, o que ganha eletrões, corrói mais devagar do que se estivesse sozinho (cátodo). a. **Efeito da área:** Esta corrosão para ocorrer precisa de agua ou de uma atmosfera húmida para ocorrer, sendo que a taxa de corrosão é superior na junção entre os dois metais, sendo que esta diminui com o aumento da distância entre os metais. Sendo que existe um fluxo de eletrões do ânodo para o cátodo, quanto maior a razão entre estes mais severa a corrosão. b. **Prevenção:** Selecionar metais com uma serie eletroquímica próxima, evitar a combinação entre um ânodo pequeno e um cátodo grande, isolar metais dissimilares, aplicar um revestimento, adicionar inibidores e evitar juntas roscadas, sendo que podem ter líquido. c. **Aplicações Benéficas:** A galvanização consiste na proteção catódica onde protege o metal da corrosão conectando-o eletricamente a outro metal de forma que se torne o cátodo do sistema. 3. **Corrosão em Fenda:** é uma corrosão localizada, que ocorre em áreas que não são facilmente acessíveis. É perigoso porque não se vê, e apenas se vê quando o equipamento falha ou a corrosão se espalha para fora da cavidade. Nesta corrosão a fenda é suficientemente grande para que a água entre, mas pequena o suficiente para que esta não saia. a. **Mecanismo:** sendo que a área dentro da cavidade é de pouca acessibilidade, o oxigénio dentro desta esgota-se, mas o metal continua a dissolver-se. Assim dentro da cavidade fica um excesso de iões positivos e, para compensar, ocorre a migração de iões de carga negativa (normalmente cloretos). Dentro da fenda o pH é inferior ao exterior. b. **Prevenção:** Utilizar juntas soldadas em vez de juntas rebitadas, soldas sólidas para evitar a penetração completa de fluidos e usar juntas não absorventes (teflon). 4. **Corrosão filiforme:** Corrosão em fenda que ocorre sob filmes protetores, sendo que o mais comum é o ataque de superfícies envernizadas de latas de alimento e bebidas. Esta desenvolve-se na forma de linhas, como filamentos, sendo a cabeça ativa e a cauda inativa. a. **Mecanismo:** A cabeça do filamento é abastecida com agua da atmosfera, sendo que a osmose remove a agua da cauda (parte inativa) e o oxigénio reduz-se na interface entre a cauda e cabeça. b. **Aspetos Peculiares:** Não afeta as propriedades mecânicas do material, apenas a aparência da superfície. O material não é afetado se a humidade for inferior a 65% e o ocorre o desenvolvimento de geometrias peculiares, onde as linhas de corrosão nunca se cruzam. 5. **Corrosão por pite:** Tipo de corrosão muito localizada, que resulta na formação de buracos no metal, sendo que podem aparecer isolados ou próximos (tornando a superfície áspera). É uma das formas mais destrutivas de corrosão, sendo que ataca uma pequena parte da superfície, podendo levar á falha de equipamento, devido a esta pequena perda de massa. É muito difícil de prever, sendo que acontece em vários pontos, sendo um processo autocatalítico (demora a começar, mas depois progride muito rapidamente). a. **Mecanismo:** Processo igual á corrosão em fenda. b. **Prevenção:** Mesmos aplicados à corrosão em fenda. 6. **Corrosão intergranular:** Relaciona-se às fronteiras de grão que, já como mencionado anteriormente, são regiões amorfas, de maior energia, onde as impurezas se acumulam e por isso mais suscetíveis à corrosão. Sendo a difusão mais fácil nestas zonas, sendo que são normalmente formados núcleos, devido ao gasto energético. a. **Prevenção:** Utilizar um tratamento térmico que gere um arrefecimento rápido, adição de elementos com maior afinidade e reduzir o teor de carbono para 0.03%. 7. **Lexiviação:** Refere-se à remoção de um elemento de uma liga solida, pelo processo de corrosão. O caso mais comum é o do latão, sendo que o potencial do zinco é inferior á do cobre, ocorrendo assim a corrosão preferencial do zinco, devendo compensar pelo aumento da quantidade de cobre. O cobre é muito catódico, sendo que se redeposita formando uma massa porosa e o produto final tem uma resistência mecânica muito enfraquecida. a. **Prevenção:** Usar latão vermelho, que apresenta um maior teor em zinco, podendo passivar a superfície. 8. **Grafitização:** É a lixiviação do ferro, podendo ocorrer no ferro cinzento, levando a uma rede de grafite frágil. A grafite é catódica em relação ao ferro, formando-se um par galvânico entre a grafite e o ferro. 9. **Corrosão erosiva:** Aceleração da taxa de deterioração pelo movimento consecutivo contra a superfície metálica. A corrosão ocorre onde o fluido é forçado a mudar de direção (angulo de curvatura). Metais macios ou sem camada protetora são suscetíveis. A velocidade do fluido com o metal é importante, sendo que aumenta a taxa de corrosão. Contudo, pode ser benéfica na corrosão por pites, eliminando a agressividade do local. a. **Turbulência:** Existe o fluxo laminar (é o fluxo do fluido quando cada partícula segue um caminho suave, sendo que estes nunca interferem uns com os outros. O resultado é a velocidade do fluido constante em qualquer ponto do fluido) e o fluxo turbulento (o fluxo é irregular, característico de pequenas regiões). b. **Danos por cativação:** Causados pela formação e colapso de bolhas de vapor num líquido próximo de uma superfície metálica. Se a pressão do líquido for reduzida, o líquido pode ferver à temperatura ambiente, sendo que estes danos podem ser atribuídos a efeitos mecânicos e químicos. c. **Prevenção:** Usar materiais apropriados, melhorar o design (geometria), usar o revestimento apropriado e usar proteção catódica. 10. **Corrosão por atrito:** Ocorre em áreas de contacto entre materiais sob carga, quando submetidos a vibração ou deslizamento. Esta corrosão ocorre na atmosfera, sendo que os requisitos para que isto aconteça são: interface sob carga, vibração ou movimento repetitivo e pequenos movimentos. a. **Mecanismo:** existe a teoria desgaste oxidação (ocorre na interface entre metais sob carga e o movimento, onde os pontos de contacto são rompidos e os fragmentos são removidos e posteriormente oxidados) e a teoria de oxidação-desgaste (os metais estão protegidos por uma camada fina de oxido aderente, sendo que com os metais sob carga e em movimento esta é rompida e o metal exposto reoxida). b. **Prevenção:** Lubrificação (reduz o atrito e exclui o oxigénio), aumentar a dureza dos materiais em contacto, usar juntas para absorver vibrações, reduzir cargas e aumentar o movimento entre as partes. 11. **Corrosão sob tensão:** Fratura pela ação simultânea de tensão de tração e um meio corrosivo específico. Tem consequências serias e inesperadas, sendo que a falha ocorre para dadas tensões. a. **Tipos de tensão:** tensões aplicadas ou residuais. b. **Influencia da tensão:** O aumento da tensão gera uma diminuição do tempo antes da rachadura. c. **Tempo de fratura:** á medida que a fratura entra no material, a área de secção transversal diminui, aumentando a força por unidade de área. A fratura final ocorre devido a razoes mecânicas. No inicio a taxa de fratura é lenta e constante. d. **Fatores relacionados com o metal:** composição química, orientação dos grãos, composição e distribuição de precipitados e deslocações. e. **Mecanismo:** Funciona como a corrosão por pites, sendo que um pite se comporta como um amplificador de tensões. À medida que o raio diminui a tensão aumenta, pelo que podem ser causados grandes estragos. f. **Prevenção:** Reduzir a tensão para baixo da tensão limite, eliminar espécies criticas do ambiente, mudar a liga, aplicar proteção catódica e adicionar inibidores para reduzir a probabilidade de pites. 12. **Danos por hidrogénio** a. **Empolamento pelo Hidrogénio:** ocorre a penetração de hidrogénio no metal, sendo que o hidrogénio atómico é o único capaz de se difundir atraves do metal, onde se irá acumular em vazios, onde o hidrogénio molecular se forma (sendo que este não é capaz de se difundir para fora do vazio, aumentando a pressão). b. **Prevenção do empolamento pelo hidrogénio:** usar inibidores, sendo que ao reduzir o processo de corrosão, reduzem o processo catódico, sendo este o responsável pela formação de hidrogénio. Reduzir venenos (sendo que nestes meios as substancias impedem a formação de hidrogénio molecular e aumentam a concentração de hidrogénio atómico) e substituir ligas para uma menor difusão do hidrogénio. c. **Fragilização pelo Hidrogenio:** O hidrogénio atómico penetra na estrutura do metal. d. **Prevenção da fragilização pelo hidrogénio:** reduzir a taxa de corrosão, alterar condições de galvanização, tempera, substituir o metal/ligas e usar um processo de soldadura adequado.