8 coisas para saber e entender sobre a corrosão do ferro

Como os filmes de óxido produzidos pela corrosão do ferro não são auto-regenerativos, geralmente são usados ​​revestimentos e métodos de proteção catódica para proteger superfícies ferrosas.

Quando o ferro é exposto à umidade junto com o oxigênio, ele corrói, que é um processo de oxidação que envolve a perda de elétrons. Essa reação também é chamada de oxidação, durante a qual um óxido de ferro hidratado marrom-avermelhado é comumente produzido.

A corrosão do ferro envolve a formação de FeO(OH) ou Fe(OH)3 na presença de oxigênio e umidade. Os requisitos mínimos para esta reação eletroquímica são um eletrólito (por exemplo, partículas de água) e um ambiente de oxigênio adequado. Os contaminantes aceleram o processo de corrosão.

A corrosão do ferro ocorre naturalmente quando o ferro refinado e suas ligas são convertidos em compostos de ferro quimicamente estáveis. Para metais refinados, é um processo de degradação gradual. A reação é eletroquímica ou química por natureza.

Algumas características notáveis ​​da corrosão do ferro são discutidas neste artigo.

Figura 1. A ferrugem é o resultado da corrosão do ferro metálico em um ambiente contendo oxigênio e umidade.

1. A corrosão do ferro não produz um filme de óxido protetor confiável

Enquanto alguns metais importantes, como o alumínio, inicialmente sofrem corrosão para produzir uma película protetora de óxidos metálicos que atuam como uma barreira eficaz ao substrato para protegê-lo de uma maior deterioração, o ferro não produz uma película protetora de seus óxidos. Em vez disso, a corrosão do ferro resulta em uma substância em pó marrom-avermelhada e escamosa (óxido de ferro hidratado) chamada ferrugem, que não atua como uma barreira estável de proteção contra corrosão adicional. À medida que a camada de óxidos de ferro hidratados se forma, ela se desprende repetidamente em vez de aderir à superfície do substrato, deixando o substrato sujeito a reações eletroquímicas contínuas envolvendo mais corrosão na presença de oxigênio, umidade e outros contaminantes.

2. A camada de óxido de ferro hidratado não é auto-reparável

O alumínio produz um filme de óxido auto-reparador com alguns nanômetros de espessura que se auto-repara após uma nova quebra, enquanto a camada de óxido de ferro hidratado formada devido à corrosão do ferro metálico não cicatriza após a quebra. (Para saber mais sobre este tópico, leia Uma olhada nos óxidos metálicos de autocura como um método de prevenção de corrosão.) Portanto, os materiais ferrosos permanecem propensos à corrosão contínua, a menos que sua exposição ao oxigênio e à umidade seja interrompida por algum outro método.

3. O tipo de magnetita de óxido de ferro (Fe3QUALQUER4) Pode impedir a corrosão adicional de peças de ferro

O óxido de ferro preto-azulado chamado magnetita pode formar uma película protetora nas superfícies de ferro que as protege de mais danos por corrosão em um ambiente rico em oxigênio. No entanto, a formação de uma fé3QUALQUER4 A camada é dura e este óxido pode mudar para outras formas de óxidos de ferro, como Fe2QUALQUER3óxido de ferro vermelho, que reage com H2O e resulta na formação de bolhas e escamas. Isso afeta negativamente a proteção fornecida pelo filme de magnetita. Óxido de alumínio (Al2QUALQUER3), por outro lado, oferece proteção estável contra corrosão sem o risco de alterações na formação de ferrugem.

4. Os aços inoxidáveis ​​podem não ser corrosivos

Aços inoxidáveis ​​contendo um mínimo de 11% de cromo podem formar um filme passivo de óxido de cromo que evita a corrosão do teor de ferro do aço. O filme de óxido de cromo também é auto-reparável e, portanto, a proteção contra corrosão fornecida pelo óxido de cromo é estável e duradoura. (Leitura relacionada: Por que o aço inoxidável é resistente à corrosão?)

5. O aço é geralmente mais propenso à corrosão do que o ferro puro

A corrosão é uma reação eletroquímica acoplada entre um ânodo e um ou mais cátodos. No aço carbono pode haver duas ou mais fases; uma das fases atuará como ânodo e a(s) outra(s) atuará(ão) como cátodo(s). A corrosão como uma reação de oxidação ocorre no ânodo.

Por exemplo, a fase ferrita forma um par galvânico junto com fases como a martensita e corrói preferencialmente à martensita. Em uma combinação de fase ferrítica-martensítica, à medida que a proporção de ferrita aumenta, a densidade de corrente de corrosão aumentará.

O ferro puro tem melhor resistência à ferrugem e corrosão, mas tem resistência inadequada a produtos químicos agressivos e outros reagentes. Comparado ao ferro forjado, o ferro puro tem uma resistência à corrosão substancialmente maior, que devido à sua estrutura homogênea enferruja em sua superfície externa, enquanto o ferro forjado com estrutura laminada cria camadas de óxido entre suas laminas.

O ferro metálico de alta pureza pode permanecer livre de corrosão em ambientes de laboratório por muitos anos. No entanto, em ambientes salinos ou ambientes industriais poluídos, o ferro puro apresenta baixa resistência à corrosão.

A resistência à corrosão do ferro puro na água depende do pH da água e do oxigênio dissolvido nela presente. Se o valor do pH estiver acima de 5 e o oxigênio dissolvido for insignificante, a taxa de corrosão é quase insignificante. Se o pH for ligeiramente inferior a 5, o risco de corrosão aumenta.

O risco de corrosão também depende do grau de imersão das superfícies ferrosas. Se as superfícies estiverem constante e completamente submersas, a taxa de corrosão é mínima e a resistência à corrosão é máxima. Se a imersão for parcial e ciclicamente variável, onde algumas peças são ciclicamente expostas ao ar, o risco de corrosão e a taxa de corrosão podem aumentar.

6. A resistência à corrosão do ferro fundido depende de seus elementos de liga.

Ao escolher a combinação certa de elementos de liga, a resistência à corrosão do ferro fundido pode ser otimizada para ambientes operacionais específicos. Molibdênio, cobre, cromo, níquel e silício são alguns dos elementos de liga importantes.

O molibdênio aumenta a resistência mecânica do ferro fundido e aumenta significativamente a resistência à corrosão do ácido clorídrico. Aproximadamente 4% de molibdênio é adicionado ao ferro fundido para melhorar essas propriedades.

Uma pequena quantidade de cobre adicionada ao ferro fundido aumenta sua resistência à corrosão contra ácidos como ácido clorídrico e ácido sulfúrico.

Uma adição de cromo em porcentagens menores ajuda a melhorar a resistência à corrosão por água salgada. Porcentagens maiores (até 30%) afetam negativamente a ductilidade, mas ajudam a aumentar a resistência do metal à corrosão pelo ácido nítrico.

O níquel, geralmente adicionado para melhorar as propriedades mecânicas, também aumenta a resistência à corrosão do ferro fundido, criando um filme de óxido de níquel na superfície. Isso às vezes é auxiliado por elementos de liga, como silício e cromo. Ao melhorar a dureza do metal, o níquel também protege contra corrosão por cavitação ou corrosão por erosão causada por sólidos aprisionados no fluido que entra em contato com o metal.

O teor de silício melhora marginalmente a resistência à corrosão do ferro fundido, enquanto a proporção é inferior a 14%. Acima desse nível, a resistência à corrosão é muito melhorada, na maioria das vezes às custas da ductilidade, resistência mecânica e usinabilidade.

A resistência à corrosão do ferro fundido de baixa liga pode ser melhorada pela aplicação de revestimentos.

7. Aços de baixo carbono são mais resistentes à corrosão do que aços de alto e médio carbono

O aço macio (aço de baixo carbono com uma porcentagem de carbono maior que 0,08 e menor que 0,28) é frequentemente usado para aplicações que requerem resistência à corrosão. Sua resistência à corrosão é melhorada ao fornecer um tratamento de superfície, como uma aplicação de revestimento. A umidade e o oxigênio no ambiente causam o ataque inicial de corrosão no aço doce. Se o aço macio for completamente submerso em água em movimento, ele corroerá mais rapidamente do que se for submerso em água parada (estática).

A taxa de corrosão do aço de baixo carbono é aumentada por poluentes industriais, umidade ambiente e ambientes marinhos. A corrosão do concreto é frequentemente minimizada pela implementação de uma técnica de proteção catódica. (Conheça outras técnicas no artigo Correção e prevenção da corrosão do concreto). O aço macio usado em navios, pontes rodoviárias, pontes ferroviárias e edifícios comerciais pode se tornar durável e resistente à corrosão selecionando cuidadosamente um revestimento protetor apropriado e um sistema de proteção catódica.

8. A corrosão do ferro pode ser evitada

Alguns métodos populares de prevenção da corrosão do ferro incluem:

  • Revestimentos protectores

Os revestimentos, quando cuidadosamente selecionados e aplicados, funcionam tanto como uma barreira física quanto como uma barreira dielétrica para impedir a transferência de cargas elétricas, evitando assim a reação eletroquímica que leva à corrosão do substrato ferroso. Os revestimentos adequados para superfícies ferrosas incluem poliureia, poliuretano, epóxis e acrílicos, entre outros.

  • Revestimentos de metal de sacrifício

Se um revestimento de zinco for aplicado sobre uma superfície ferrosa, o zinco irá corroer (oxidar) primeiro e proteger a superfície ferrosa subjacente. Este processo é chamado de galvanização. O zinco é mais ativo em comparação com os metais ferrosos.

  • Índigo

Este processo produz uma película de magnetita (um óxido de ferro preto-azulado) na superfície ferrosa. As armas de fogo são frequentemente protegidas da corrosão por azulação. Além do revestimento de magnetita, as armas de fogo são mantidas bem lubrificadas.

  • Método de proteção catódica

Este método reduz a taxa de corrosão de uma superfície metálica tornando-a um cátodo em um circuito de célula eletroquímica, no qual um metal de sacrifício (por exemplo, zinco) é conectado como um ânodo. Se a corrente galvânica passiva for inadequada, como na proteção de grandes estruturas, uma fonte separada de corrente contínua é conectada ao sistema de proteção catódica. Assim, o sistema de proteção catódica fornece os elétrons necessários ao substrato de metal ferroso para convertê-lo em um cátodo em relação ao ânodo de sacrifício disposto no sistema.

Conclusão

Ao entender as reações eletroquímicas envolvidas na corrosão do ferro, os engenheiros de corrosão podem detectar problemas de corrosão antecipadamente e garantir que ações corretivas sejam tomadas. Um revestimento pode reduzir os danos por corrosão no ferro porque evita o processo de reação eletroquímica. Da mesma forma, a proteção catódica também pode proteger superfícies ferrosas contra danos causados ​​pela corrosão.

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