A integridade estrutural das estruturas metálicas é altamente dependente da resistência das conexões entre os membros individuais. Essas conexões geralmente vêm na forma de parafusos e arruelas, rebites, parafusos e solda.
Embora dois componentes de metal pareçam estar firmemente conectados, podem existir pequenas lacunas entre as partes conectadas. Com o tempo, a corrosão pode se formar na interface entre os metais conectados, o que pode enfraquecer significativamente a capacidade de carga da conexão. (Saiba por que no artigo Efeito da corrosão na resistência à tração e na ductilidade de um material.) Essa forma de corrosão é chamada de corrosão em fresta porque se forma na trinca entre duas superfícies metálicas que se encontram.
Neste artigo, veremos o fenômeno chamado corrosão em fresta e explicaremos os fatores que o causam, descreveremos os mecanismos subjacentes envolvidos e os fatores que afetam sua formação.
O que é corrosão em fresta?
A corrosão por frestas é definida como corrosão intensamente localizada em uma superfície metálica que ocorre frequentemente em, ou diretamente adjacente a, um espaço ou fresta entre as duas superfícies conectadas. A trinca pode estar entre as áreas de contato metal-metal ou metal-não-metal, que às vezes são chamadas de superfícies de contato. (Para obter um exemplo de corrosão metal-não-metal, consulte Galvanic Corrosion of Metals Connected to Carbon Fiber-Reinforced Polymers.) Fora da trinca, o substrato de metal geralmente permanece sem corrosão.
Para que ocorra corrosão em fresta, deve haver uma solução eletrolítica (como água) no espaço entre as superfícies conectadas. Além disso, esta solução também deve idealmente estar estagnada (ou seja, não deve haver movimento significativo do eletrólito para dentro e para fora da trinca). Esses espaços são comumente encontrados sob juntas, arruelas, cabeças de parafusos, material de isolamento, juntas de topo, fixadores e braçadeiras.
Rastejamentos também podem ser formados pela deposição de sujeira, lodo, bioincrustação e outros depósitos. Por exemplo, um objeto depositado no fundo de uma caixa d'água pode formar pequenas rachaduras (dependendo do formato do objeto) ao redor de seu perímetro.
Causas da corrosão por frestas
A corrosão por frestas ocorre quando há a presença de um eletrólito estagnado em uma região confinada entre duas superfícies metálicas, causando uma diferença no potencial eletroquímico e iniciando o processo corrosivo. As frestas podem ser formadas por desalinhamento das superfícies, junções parafusadas, espaçadores ou outros materiais que criam uma região confinada onde o eletrólito pode se acumular.
Prevenção da corrosão por frestas
Algumas medidas que podem ser tomadas para prevenir a corrosão por frestas incluem:
- Evitar o desalinhamento das superfícies, por exemplo, através do uso de juntas de vedação adequadas;
- Utilizar materiais resistentes à corrosão para as superfícies em contato;
- Utilizar espessuras adequadas de revestimentos protetivos;
- Evitar a acumulação de eletrólitos em regiões confinadas, por exemplo, através da drenagem adequada;
- Utilizar inspeções regulares para detectar e corrigir eventuais problemas de corrosão por frestas.
A prevenção da corrosão por frestas é importante para garantir a integridade e a vida útil de componentes e estruturas metálicas.
Materiais resistentes à corrosão por frestas
Alguns materiais que são resistentes à corrosão por frestas incluem:
- Aços inoxidáveis: esses aços têm uma camada passiva que os protege contra a corrosão. Eles são resistentes à corrosão por frestas em ambientes não muito agressivos.
- Ligas de níquel-cromo-molibdênio: essas ligas apresentam alta resistência à corrosão em ambientes agressivos e são frequentemente utilizadas em indústrias químicas e petroquímicas.
- Titânio e ligas de titânio: esses materiais são resistentes à corrosão em ambientes marinhos e salinos.
- Polímeros reforçados com fibra de vidro: esses materiais são resistentes à corrosão e frequentemente utilizados em tanques de armazenamento, tubulações e outras estruturas devido à sua resistência química e mecânica.
A escolha do material mais adequado depende das condições de operação e das características do ambiente onde a estrutura será utilizada.
Testes e inspeções para detectar corrosão por frestas
Algumas das técnicas de testes e inspeções para detectar corrosão por frestas incluem:
- Inspeção visual: esse é o método mais básico de inspeção e envolve a avaliação visual da superfície para detectar quaisquer sinais de corrosão, como manchas ou fissuras.
- Medição da espessura do revestimento: pode-se medir a espessura do revestimento em uma área específica para determinar se houve corrosão em uma superfície metálica subjacente.
- Testes eletroquímicos: incluem testes de polarização, potencial de corrosão e resistência à polarização para avaliar a atividade corrosiva em uma superfície metálica.
- Testes de líquidos penetrantes: essa técnica envolve a aplicação de um líquido penetrante em uma área específica para detectar a presença de fissuras ou rachaduras.
- Testes de ultrassom: essa técnica utiliza ondas sonoras de alta frequência para avaliar a integridade de uma superfície metálica e detectar fissuras e outras descontinuidades.
- Testes de radiografia: essa técnica utiliza radiação ionizante para produzir uma imagem de uma superfície metálica, permitindo a detecção de fissuras e outras descontinuidades.
- Microscopia: inclui a análise de microestrutura e microfratura para avaliar o grau de corrosão e possíveis falhas.
A escolha da técnica mais adequada depende do tipo de material, do ambiente em que a estrutura está exposta e do grau de corrosão que se suspeita estar presente.
Análise de falha em componentes com corrosão por frestas
A análise de falha em componentes com corrosão por frestas pode ajudar a determinar as causas da falha e prevenir futuros problemas de corrosão. Algumas etapas que podem ser tomadas na análise de falha incluem:
- Inspeção visual: a primeira etapa é realizar uma inspeção visual do componente para avaliar a extensão da corrosão e identificar possíveis causas, como presença de água, agentes químicos, entre outros.
- Análise metalográfica: a análise metalográfica pode ser realizada em amostras do componente corroído para avaliar a microestrutura do material e determinar se há alguma correlação entre a microestrutura e a corrosão.
- Análise química: análises químicas podem ser realizadas para determinar a composição química da superfície corroída e avaliar a exposição a agentes corrosivos.
- Testes de tração: testes de tração podem ser realizados para avaliar a resistência mecânica do material corroído.
- Análise de tensão: a análise de tensão pode ser usada para avaliar a distribuição de tensão na superfície corroída e determinar se a corrosão ocorreu como resultado de tensões excessivas no material.
- Simulação computacional: a simulação computacional pode ser usada para simular o ambiente de corrosão e prever o comportamento futuro do componente.
A análise de falha em componentes com corrosão por frestas pode ajudar a determinar as causas da falha e prevenir futuros problemas de corrosão.
Os mecanismos envolvidos na corrosão por frestas
Este tipo de corrosão, embora de aparência simples, envolve um sistema surpreendentemente complexo de reações químicas. Essas reações iniciam a corrosão alterando a química local do eletrólito estagnado dentro da trinca. O mecanismo de corrosão pode ser dividido em quatro estágios.
- Depleção de oxigênio na trinca: Inicialmente, os teores de oxigênio solúvel dentro e fora da trinca são equivalentes, e processos anódicos/catódicos ocorrem igualmente em todas as superfícies metálicas. No entanto, como a difusão do oxigênio é restrita na trinca, as reações catódicas não podem ser mantidas, resultando em depleção de oxigênio dentro da trinca. O nível desigual de oxigênio entre as áreas a granel internas (rachaduras) e externas resulta em uma célula de aeração diferencial.
- Aumento da acidez na trinca – Com o oxigênio esgotado dentro da trinca, o oxigênio agora se difunde do eletrólito circundante para a superfície do metal para formar um excesso de íons metálicos positivos dentro da trinca. A abundância de íons positivos faz com que a condição microambiental dentro da trinca seja de natureza anódica. Esse desequilíbrio anódico estabelece uma diferença de potencial que causa a migração de íons negativos (geralmente na forma de íons cloreto) da solução para a trinca, na tentativa de equilibrar o excesso de carga positiva. Os íons cloreto atuam agressivamente contra o metal e também reagem com íons metálicos positivos para produzir ácidos que tornam a solução dentro da trinca altamente corrosiva. O processo é autocatalítico porque o ácido resultante também pode se combinar com íons de cloreto já existentes para promover mais corrosão.
- Quebra da Camada Passiva – Se o metal consistir em uma camada passiva, a natureza corrosiva do eletrólito dentro da trinca acabará causando a quebra dessa camada, deixando o substrato de metal indefeso contra o ataque de corrosão. (Descubra o papel dos revestimentos passivos que protegem o aço inoxidável no uso de corrosão química e tratamentos de passivação para evitar a corrosão.)
- Propagação da Corrosão em Fenda – Finalmente, com a quebra da camada passiva, o processo de corrosão pode continuar sem impedimentos, pois o substrato de metal agora está totalmente exposto à solução ácida e corrosiva dentro da fenda.
Fatores que afetam a corrosão em fendas
Assim como em outros tipos de corrosão, a taxa e a intensidade da corrosão em fresta dependem de vários fatores. Alguns deles incluem:
- Composição da solução a granel: uma vez que o ataque de corrosão é iniciado pela diferença na concentração de oxigênio entre a solução na fenda e a solução a granel, a composição química (como o teor de oxigênio solúvel) da solução a granel terá um efeito direto na agressividade do corrosão
- Natureza da solução na trinca: Devido a alterações químicas, as propriedades da solução na trinca determinam sua agressividade ao metal. Algumas dessas propriedades incluem pH, quantidade de íons cloreto, temperatura, teor de oxigênio, etc.
- Estagnação da solução na trinca: Quanto mais estagnada for a solução na trinca, mais rápida será a entrada de íons cloreto e mais rápida será a taxa de ataque corrosivo.
- Composição da Liga – As ligas metálicas que são mais resistentes ao ataque de corrosão irão corroer mais lentamente do que os metais altamente reativos, afetando a taxa geral do processo de corrosão. A taxa de corrosão em fresta é uma forma de estimar a suscetibilidade de um metal.
- Tipo de trinca: O tamanho e a forma da trinca são um fator importante nesse tipo de corrosão. A corrosão é mais agressiva quando a lacuna é grande o suficiente para permitir a percolação da solução, mas pequena o suficiente para manter a solução estagnada na trinca. Uma lacuna muito grande ou muito pequena não formaria as condições ideais para a ocorrência de corrosão.
Conclusão
A corrosão em frestas pode ser muito agressiva se não for tratada. Ambientes atmosféricos mais benignos, dadas as condições adequadas, podem facilitar esses tipos de ataques com efeito devastador.
Pitting, corrosão filiforme, ataque intergranular e trinca por corrosão sob tensão de cloreto (CSCCC) são apenas algumas das formas que a corrosão em fresta pode assumir. É imperativo que engenheiros e empreiteiros tomem medidas para evitar a criação de situações em que esse tipo de corrosão possa ocorrer.