A corrosão por contato é um tipo de tribocorrosão causada por pequenos movimentos cíclicos entre dois materiais combinados com o ataque corrosivo do ambiente.
A tribocorrosão ou corrosão mecanicamente assistida é definida como a degradação da superfície de um material submetido à ação sinérgica combinada de carga mecânica e ataque corrosivo causado pelo meio ambiente. Este sinergismo resulta na degradação e perda de mais material do que ocorreria separadamente do carregamento mecânico ou ataque corrosivo.
Os tipos de tribocorrosão incluem corrosão por erosão, corrosão abrasiva, corrosão lenta e corrosão por atrito. (A corrosão por erosão é discutida no artigo Corrosão por erosão: revestimentos e outras medidas preventivas.) Neste artigo vamos focar na corrosão por atrito, suas causas, alguns exemplos típicos e como preveni-la.
Figura 1. Processo de degradação levando à tribocorrosão.
O que é corrosão por atrito?
A corrosão por atrito não é um modo de falha recém-descoberto. Foi descrito pela primeira vez em 1911 por Eden, Rose e Cunningham em referência a um tipo de corrosão observada em uma peça de aço de uma máquina de teste de fadiga. Em 1939, Tomlinson, Thorpe e Gough chamaram o fenômeno de "corrosão por atrito". Desde então, a corrosão por contato tem sido observada em metais macios, como o alumínio e em aços endurecidos. (Leitura relacionada: 10 principais benefícios do aço endurecido.)
A corrosão por contato é um fenômeno de dano superficial causado por pequenos movimentos cíclicos entre dois materiais combinados com o ataque corrosivo do meio ambiente. As amplitudes cíclicas podem ser tão pequenas quanto 3 a 4 nm. Danos por atrito, como deslocamentos de atrito oscilantes muito pequenos, podem ocorrer no vácuo e são o resultado de microdeslizamento relativo. No entanto, no ar normal, a corrosão pode desempenhar um papel ativo na melhoria dos danos e, portanto, o fenômeno é conhecido como corrosão por atrito. O início da corrosão por contato pode levar a falhas mais rápidas, como a corrosão por contato através da formação de partículas abrasivas.
A oxidação é o ambiente corrosivo mais comum para a corrosão por atrito. À medida que partículas de metal finas e deformadas são removidas de uma superfície por movimento cíclico mecânico, elas oxidam e ficam presas entre as superfícies de atrito. Essas partículas de óxido atuam então como um abrasivo com um aumento subseqüente na remoção de material. Se o filme passivo danificado não puder ser repassivado, ocorrerá perda adicional de material. Além disso, quando o filme superficial passivo é danificado mecanicamente, a transferência de carga pode ocorrer na interface sem qualquer resistência do filme protetor e aumentar a quantidade de partículas de óxido friáveis (facilmente desintegradas).
Para ligas de aço, como aquelas usadas em rolamentos, vedações ou aplicações de molas, a corrosão por atrito pode ser facilmente reconhecida pela formação de hematita entre as superfícies de contato. O acúmulo de partículas de detritos entre os contatos é típico da corrosão por atrito, em oposição à corrosão por desgaste por fluência.
A topografia e a composição química das superfícies em contato também desempenham um papel fundamental. Isso pode incluir a rugosidade inicial da superfície, a formação de camadas superficiais plasticamente deformadas devido a fricção ou impactos, a dureza relativa das duas superfícies, o crescimento e as propriedades mecânicas dos filmes de óxido formados e a formação de quaisquer camadas de produto. sua adsorção.
A microestrutura dos materiais e a presença de defeitos podem afetar as propriedades tribológicas e a resistência à corrosão das superfícies. Isso pode incluir distribuição de fase, inclusões não metálicas, segregações e tamanho e orientação de grão. Por exemplo, a presença e a espessura do óxido podem afetar o nível de fluência e a profundidade de penetração da superfície feita pelas asperezas mais duras na superfície mais macia.
Exemplos de corrosão por contato
As ligas cirúrgicas usadas em implantes modulares de quadril devem sua resistência à corrosão à formação de um filme de óxido passivo estável. No entanto, o movimento repetitivo na esfera e no soquete do implante de substituição do quadril pode levar à corrosão por atrito com quebra contínua e repassivação da camada protetora de óxido. A decomposição contínua e repetida e a repassivação consomem oxigênio do metal extraído, o que pode promover o início da corrosão em fresta. Por esse motivo, os materiais agora usados para implantes de substituição do quadril tendem a não ser metal sobre metal. Além disso, foram feitas alterações no projeto para reduzir o movimento relativo entre os componentes.
Os implantes dentários estão sujeitos a micromovimentos cíclicos de amplitude variável causados pelas cargas transmitidas durante a mastigação. Cargas oblíquas podem promover fadiga. O ambiente químico da boca é bastante complexo e áspero e pode incluir saliva, bactérias que podem causar corrosão induzida por microbial (MIC), alimentos ácidos como refrigerantes e flúor de enxaguatórios dentais.
A corrosão por contato é um mecanismo de falha comum para contatos elétricos de cobre estanhado. O acúmulo de produtos de oxidação no ponto de contato é causado pelos micromovimentos do contato. O estanho é um metal macio e forma rapidamente um óxido fino e duro. Quando a camada de óxido duro é quebrada, ela pode ser pressionada na matriz de estanho maleável e dúctil, onde pode se acumular. Especula-se que é a ação de microdeslizamento entre os contatos que cria o atrito, que combinado com a oxidação causa a espessura da camada isolante na interface de contato e o aumento substancial na resistência de contato e eventual falha de contato.
As pás do compressor de turbina a gás experimentam forças centrífugas durante a operação e, em combinação com carga vibratória, podem causar um movimento de fricção entre a junta em cauda de andorinha da pá do compressor e o disco. Os detritos presos entre as áreas de contato podem oxidar em temperaturas elevadas, resultando em corrosão por atrito.
No caso de turbinas eólicas, o movimento oscilante entre o corpo rolante e a pista do rolamento da pá pode levar à corrosão por atrito ou outros tipos de tribocorrosão. Observe que, se for usado um lubrificante e houver danos, o termo apropriado a ser usado é falso brinell. No entanto, a perda do filme lubrificante progredirá da falsa formação de brinell para a corrosão por atrito.
A tribocorrosão geralmente ocorre entre as superfícies de contato do munhão e o orifício do rolamento ou entre o alojamento e o diâmetro externo do rolamento. Durante a operação sob carga, o movimento gera pequenas partículas de desgaste que se oxidam. Essas partículas oxidadas desgastam ainda mais o metal. Os aços tendem a ser mais suscetíveis. Como não há carga cíclica, esse tipo de tribocorrosão é, na verdade, corrosão por desgaste por deslizamento, mas às vezes é incorretamente chamada de corrosão por atrito. Normalmente não é considerado um modo de falha catastrófica, mas pode ser a causa raiz, pois pode impedir que o rolamento funcione corretamente e, por fim, levar à falha.
Prevenção de corrosão de contato
A prevenção da corrosão por atrito começa com a prevenção do atrito. Isso pode incluir alterações de projeto, amortecimento de vibração e garantir que todas as juntas estejam firmes. A combinação de simulação de análise de elementos finitos (FEA) para contato com cálculos eletroquímicos para corrosão pode ser usada para avaliar o potencial de corrosão de contato para um determinado projeto.
Para contatos elétricos, a abordagem mais eficaz é evitar movimento relativo ou deslizamento na região de contato das partes correspondentes do conector, projetando o contato para minimizar o micromovimento ou usando uma taxa de mola baixa (a quantidade de força necessária para estender ou comprimir uma mola). (Leitura relacionada: Compreendendo e prevenindo danos por corrosão por atrito em dispositivos elétricos.) Revestimento de superfícies de contato de acoplamento com ouro é uma opção cara, mas mesmo isso não elimina o potencial de corrosão por atrito.
Com implantes médicos, mudanças de projeto que aumentam a estabilidade da interface podem minimizar a corrosão por contato. Mudanças de material para incluir polietileno reticulado mais resistente à abrasão e cerâmica estão sendo usadas para algumas aplicações, como substituições de quadril.
O shot peening tem sido usado com algum sucesso para produzir fluência superficial e tensões residuais para melhorar a resistência à fadiga por fricção. Revestimentos antifricção para pás de turbina também foram empregados e verificou-se que reduzem a corrosão por atrito. A lubrificação, quando viável, é outra abordagem para minimizar o potencial de corrosão por contato.