O titânio tem muitas propriedades físicas desejáveis, incluindo excelente resistência à corrosão. No entanto, este metal não é resistente à corrosão e as limitações de sua tenacidade devem ser totalmente compreendidas.
O titânio (Ti) é um elemento metálico de ocorrência natural com muitas propriedades químicas e mecânicas desejáveis. Entre essas propriedades, o titânio é melhor considerado por duas características em particular: excelente resistência à corrosão e uma relação resistência/densidade relativamente alta. Em sua forma não ligada, o titânio é resistente à corrosão na água do mar, cloro úmido e cloretos orgânicos, meios que normalmente causam corrosão por pites e frestas em aços.
Desde a introdução das ligas de titânio no início da década de 1950, o titânio tornou-se um dos materiais de construção mais amplamente utilizados na indústria aeroespacial. Ao longo do tempo, com custos decrescentes e disponibilidade crescente, o uso de ligas de titânio continuou a se espalhar e agora é amplamente utilizado em inúmeras aplicações industriais. Alguns dos muitos usos do titânio e suas ligas incluem tintas e revestimentos, ligas de aço, joias, tanques de armazenamento industrial, componentes eletrônicos, materiais de construção e componentes automotivos.
Embora o titânio tenha resistência à corrosão superior em comparação com muitos outros metais naturais, é essencial entender a origem dessa resistência e seus benefícios e limitações, a fim de fazer o melhor uso desse metal em qualquer ambiente. Aqui estão cinco coisas que você deve saber sobre a corrosão do titânio.
O titânio tem excelentes propriedades de resistência à corrosão
O titânio ocupa uma posição relativamente alta entre os metais naturais em termos de resistência à corrosão. Isso se deve ao filme de óxido protetor estável, contínuo e fortemente aderente que se forma quase imediatamente na superfície do metal quando exposto ao ar e à umidade.
À temperatura ambiente, depois que uma superfície limpa de titânio é exposta ao ar e à umidade, o filme de óxido produzido tem aproximadamente 12 - 16 Å de espessura (1 Å = 1 x 10−10 metro). Após 70 dias, o filme cresce continuamente para 50 Å, aumentando lentamente para 80 a 90 Å após 545 dias e 250 Å em quatro anos.
Ao contrário de alguns metais cuja camada de óxido pode ser escamosa, quebradiça e eventualmente descamar (como o aço), a dura camada de óxido de titânio atua como uma barreira, evitando que agentes corrosivos entrem em contato com o substrato de metal subjacente. Essa camada se torna mais forte e resistente com o tempo e pode se regenerar quase imediatamente se for quebrada.
A composição do filme de óxido de titânio depende do ambiente circundante
O filme de óxido passivo de titânio não consiste em um único composto químico. Em vez disso, a natureza, espessura e composição química do filme dependem do ambiente de exposição. Sob condições oxidantes, como ambientes aquosos, o filme é composto principalmente de TIO2 (dióxido de titânio).
TiO (óxido de titânio) também é outra variação do filme de óxido de superfície. Em situações de oxidação de alta temperatura, forma-se a forma quimicamente resistente e altamente cristalina do TiO, conhecida como rutilo. Por outro lado, a oxidação a temperaturas mais baixas pode produzir a estrutura mais amorfa de TiO conhecida como anatase. Outras condições ambientais também podem resultar na formação de Ti.2QUALQUER3 (óxido de titânio(III)).
O titânio não é à prova de corrosão.
Embora o titânio funcione bem na maioria dos ambientes corrosivos, ele pode ser suscetível à degradação sob certas condições. A resistência à corrosão do titânio pode ser seriamente afetada em ambientes anidros, ou seja, ambientes que contêm pouca ou nenhuma água. O titânio deriva sua resistência à corrosão de seu filme de óxido que se forma na presença de umidade e oxigênio. Em geral, mesmo pequenas quantidades de umidade podem ser extremamente benéficas na passivação da superfície de titânio. No entanto, em meios anidros, o filme de óxido pode não se formar ou, se o fizer, será difícil de manter.
O metanol, por exemplo, pode causar rachaduras por corrosão sob tensão (SCC) em titânio não ligado com menos de 1,5% de umidade. A fragilização por hidrogênio também foi observada sob condições anidras em alta temperatura. (Consulte Introdução à fragilização por hidrogênio para obter informações gerais.) Outros ambientes conhecidos por promover SCC são aqueles contendo ácido nítrico fumegante vermelho, tetróxido de nitrogênio e bromo e flúor gasosos.
O titânio não obedece às regras da corrosão galvânica
Na corrosão galvânica (também conhecida como corrosão bimetálica), se dois metais se acoplarem (direta ou indiretamente), um atuará como ânodo e o outro como cátodo quando expostos a um eletrólito. O metal menos nobre, de acordo com a série galvânica, se tornará o ânodo e irá corroer preferencialmente. (Para saber mais sobre este tópico, leia Por que dois metais diferentes causam corrosão?)
O titânio, no entanto, se comporta de maneira um pouco diferente. O titânio não é tão eficiente na redução do oxigênio dissolvido quanto outros metais (como o cobre). Portanto, é possível que um metal menos nobre se dissolva mais quando combinado com o cobre do que com o titânio, apesar do titânio ser muito mais eletropositivo na série galvânica.
Da mesma forma, o acoplamento de titânio com um metal mais nobre em um eletrólito não resulta em corrosão acelerada do titânio. De fato, em alguns casos, o potencial do eletrodo de titânio pode ser aumentado, reduzindo a taxa de corrosão em vez de acelerá-la. Este fenômeno é válido exceto em ambientes onde o titânio não passiva (por exemplo, sob condições anidras).
Ligas de titânio bem com outros metais para maior resistência à corrosão
As propriedades de resistência à corrosão do titânio podem ser aumentadas ainda mais ligando-o a outros metais. O paládio tem sido um dos metais de liga de maior sucesso. Em geral, pequenas quantidades de paládio podem aumentar significativamente a resistência do titânio a produtos químicos redutores, como os ácidos sulfúrico, clorídrico e fosfórico. Além disso, sabe-se que esta combinação de ligas aumenta a temperatura crítica na qual pode ocorrer corrosão em fresta na água do mar.
Outras ligas de titânio populares incluem Ti-0,8%Ni-0,3%Mo, Ti-6%Al-7%Nb e Ti-15%Mo-5%Zr.
Conclusão
O titânio possui um nível de resistência à corrosão que é igualado apenas por alguns outros metais naturais. No entanto, é importante observar que, como todos os outros metais, o titânio não é resistente à corrosão e é suscetível à degradação em condições específicas altamente agressivas. As vantagens e limitações da resistência à corrosão das ligas de titânio devem ser completamente compreendidas para garantir que o metal forneça o desempenho ideal e desejado em um determinado ambiente.