A corrosão de contato em dispositivos elétricos é um processo de degradação que ocorre quando dois metais diferentes estão em contato elétrico e expostos a um ambiente corrosivo. A corrosão de contato pode afetar a funcionalidade dos dispositivos elétricos e, em casos extremos, pode levar à falha completa do dispositivo.
A corrosão de contato ocorre quando há um fluxo de corrente elétrica entre dois metais diferentes, o que pode levar à formação de células eletroquímicas. Essas células eletroquímicas causam a transferência de íons e elétrons entre os metais, levando à corrosão.
A corrosão de contato pode ser acelerada por vários fatores, incluindo a presença de umidade, temperatura elevada, presença de gases corrosivos, contaminação química, entre outros. Além disso, a corrosão de contato pode ser afetada por fatores mecânicos, como vibrações, tensão mecânica e desgaste.
Embora potencialmente prejudicial ao desempenho de dispositivos elétricos, a corrosão por atrito pode ser efetivamente evitada ou controlada para evitar substituições e reparos dispendiosos. Dispositivos elétricos e eletrônicos tornaram-se componentes integrais da vida moderna e do conforto. Eles vêm em muitas formas e formas e podem ser encontrados em residências, plantas industriais e veículos, para citar apenas alguns.
Infelizmente, os dispositivos eletrônicos que sofrem vibrações cíclicas ou variações térmicas são suscetíveis à corrosão por contato onde duas superfícies metálicas se tocam, como terminais elétricos e contatos. Prevenir o movimento de atrito é a melhor solução, mas existem métodos para evitar o início da corrosão por atrito onde o movimento é inevitável. (Uma discussão sobre a prevenção da corrosão durante os estágios de projeto e fabricação pode ser encontrada no artigo Controle de Corrosão em Dispositivos Eletrônicos.)
Quais são os tipos de corrosão de contato em dispositivos elétricos?
Existem vários tipos de corrosão de contato em dispositivos elétricos, incluindo:
- Corrosão galvânica: ocorre quando dois metais diferentes são expostos a um eletrólito (como um líquido condutor ou umidade) e estão em contato elétrico. O metal mais nobre (mais resistente à corrosão) atua como um cátodo, enquanto o metal menos nobre (menos resistente à corrosão) atua como um ânodo, causando a corrosão.
- Corrosão por pites: ocorre quando uma pequena área na superfície do metal é corroída, formando um pequeno buraco ou cavidade (chamado de "pite"). Essa corrosão pode se propagar rapidamente sob o revestimento ou revestimento protetor, causando danos graves.
- Corrosão por atrito: ocorre quando há fricção entre dois metais diferentes em contato elétrico, causando a remoção do revestimento protetor e a exposição do metal à corrosão.
- Corrosão por fretting: ocorre quando dois metais diferentes em contato elétrico sofrem movimento repetitivo em relação um ao outro (como vibrações), causando desgaste na superfície e exposição do metal à corrosão.
- Corrosão por erosão: ocorre quando um líquido ou gás corrosivo flui rapidamente sobre a superfície do metal, causando desgaste e exposição do metal à corrosão.
- Corrosão por contato com materiais não metálicos: ocorre quando um metal é exposto a materiais não metálicos, como plásticos, borrachas ou outros polímeros, que contêm substâncias corrosivas ou geram compostos corrosivos.
A compreensão dos diferentes tipos de corrosão de contato é importante para escolher materiais adequados, realizar manutenção preventiva e evitar a corrosão em dispositivos elétricos.
Materiais mais resistentes à corrosão de contato?
Existem vários materiais que apresentam alta resistência à corrosão de contato, incluindo:
- Aço inoxidável: o aço inoxidável é uma liga de ferro, cromo e outros metais que apresenta alta resistência à corrosão. O cromo presente no aço inoxidável forma uma camada passiva que protege o metal da corrosão.
- Titânio: o titânio é um metal resistente à corrosão, mesmo em ambientes altamente corrosivos, como a água do mar. O titânio forma uma camada de óxido que protege o metal da corrosão.
- Níquel: o níquel é um metal resistente à corrosão que é frequentemente utilizado como revestimento protetor em peças de metal. O níquel também é comumente usado em ligas, como a liga de níquel-cromo, que apresenta alta resistência à corrosão.
- Cobre: o cobre é um metal que apresenta alta resistência à corrosão em ambientes não agressivos. O cobre também é frequentemente utilizado como revestimento protetor em peças de metal.
- Alumínio: o alumínio apresenta alta resistência à corrosão em ambientes não agressivos. O alumínio também é frequentemente utilizado como revestimento protetor em peças de metal.
Conectores e Terminais em Dispositivos Elétricos
Conectores e terminais são usados para fornecer conexões discretas entre subsistemas elétricos separados. Eles permitem o fluxo de corrente dentro do sistema e são necessários para completar o circuito elétrico. Conexões discretas são necessárias por vários motivos, incluindo manutenção, atualizações, substituição de peças sobressalentes e conveniência de fabricação. No entanto, quando acopladas, as conexões não devem produzir resistência elétrica excessiva ou indesejada que possa causar perda de energia, distorção do sinal ou mau funcionamento do componente.
As conexões entre os componentes produzem naturalmente uma resistência chamada resistência ao aperto. A resistência à restrição ocorre porque, em microescala, todas as superfícies de contato são inerentemente ásperas. Isso significa que, em vez de uma superfície lisa, a corrente elétrica é transferida entre os contatos por meio de pontos de contato muito pequenos (geralmente mícrons de diâmetro) chamados de asperezas. Essas pequenas áreas de contato entre os pontos de rugosidade são o que dá origem à resistência inerente ao sistema. Embora a resistência à constrição não possa ser completamente eliminada, ela pode ser agravada pela corrosão dentro e ao redor da interface de conexão nos pontos de rugosidade. O tipo mais comum de corrosão encontrado em contatos elétricos é a corrosão por atrito.
O que é corrosão por atrito?
A corrosão por atrito é um tipo de corrosão induzida por movimento que resulta em um acúmulo de desgaste oxidado e detritos quando as superfícies metálicas em contato umas com as outras são submetidas a pequenos movimentos repetitivos (da ordem de algumas dezenas de mícrons). Esses movimentos microscópicos de fricção podem ocorrer como resultado de vibração, expansão/contração térmica ou choque mecânico e térmico.
Consideremos, a título ilustrativo, dois conectores elétricos estanhados em contato direto. Quando exposto à umidade e ao oxigênio, o estanho formará naturalmente uma camada protetora de óxido que é muito dura e quebradiça. Quando inicialmente contatada, a camada de óxido de estanho rachará sob carga aplicada devido à sua natureza frágil, expondo o estanho subjacente fresco. Sob a carga aplicada, o estanho subjacente abrirá caminho através das rachaduras na camada de óxido de estanho para fazer contato com a superfície, resultando em uma conexão elétrica estável.
Se a interface de contato se mover, a nova camada superficial será exposta à atmosfera e formará rapidamente outra camada de óxido de estanho. Enquanto isso, no novo local de contato, a camada de óxido de estanho racha para expor o estanho subjacente para fazer outra conexão estável. Este ciclo é repetido cada vez que há movimento no local de contato. O movimento microscópico contínuo (fricção) eventualmente resultará no acúmulo de resíduos de óxido isolante, o que pode reduzir significativamente o número de áreas de contato efetivas (ou pontos de rugosidade) e aumentar a resistência de contato.
O aumento da resistência de contato devido ao acúmulo de corrosão pode levar a um baixo desempenho e falha em uma variedade de dispositivos elétricos. Em circuitos de baixa corrente, o aumento da resistência pode causar quedas frequentes e até interromper os sinais elétricos. No entanto, em circuitos de alta corrente, esses pequenos aumentos podem causar superaquecimento, o que pode levar à falha do dispositivo.
Métodos para controlar a corrosão por atrito em dispositivos elétricos
Há uma série de medidas que podem ser tomadas para mitigar os efeitos da corrosão por atrito, que se enquadram em duas abordagens: prevenção do movimento de atrito e prevenção da corrosão.
Prevenção de movimentos inquietos
Um dos componentes necessários para a formação da corrosão por contato é o movimento. A restrição de movimento evita a exposição do metal intacto do conector à atmosfera e, portanto, reduz o acúmulo de resíduos de óxido. Uma das maneiras mais eficazes de conseguir isso é usando altas forças de contato entre os contatos, o que proporciona estabilidade mecânica ao aumentar o atrito entre eles e ajuda a neutralizar os movimentos de fricção.
No entanto, deve-se observar que o aumento da força de contato pode levar ao aumento do desgaste e tribocorrosão dos contatos ao longo do tempo e reduzir efetivamente o número de ciclos de acoplamento antes que o conector se desgaste completamente. Além disso, se as altas forças de contato forem insuficientes para restringir o movimento de fricção, a taxa de corrosão por atrito e a degradação do contato podem aumentar. Portanto, é importante que a força de contato utilizada seja adequada para o movimento de atrito esperado.
Outros meios para evitar ou minimizar os movimentos de fricção incluem o uso de braçadeiras ou suportes adicionais para reduzir o movimento do conector, o uso de vedações para amortecer as vibrações e evitar a intrusão de ar/oxigênio ou o uso de métodos de engenharia para ajustar os movimentos relativos entre as superfícies em contato.
Prevenção de corrosão de contato entre conexões elétricas
Se os movimentos de fricção não puderem ser restringidos, podem ser tomadas medidas para prevenir a corrosão associada a esses movimentos microscópicos. O método mais comum e eficaz é aplicar um lubrificante entre as superfícies de contato. Os lubrificantes fornecem proteção de duas maneiras: primeiro, reduzindo o atrito entre as superfícies de contato, o que minimiza a taxa de desgaste de contato ao longo do tempo e, segundo, agindo como uma barreira que impede a entrada de ar e umidade. interface.
Ao usar lubrificantes, problemas potenciais podem surgir em áreas com alta concentração de sujeira ou poeira. Alguns lubrificantes tendem a reter partículas de poeira que podem aumentar a "rugosidade" da interface e, por fim, contribuir para a corrosão por atrito.
A prevenção da corrosão também pode ser obtida através do uso de contatos e terminais banhados a ouro ou prata. O ouro e a prata são metais nobres, o que significa que são naturalmente resistentes à oxidação e à corrosão. (Para obter mais informações sobre metais nobres, consulte Introdução à série galvânica: compatibilidade galvânica e corrosão.) Embora altamente eficazes, os contatos revestidos podem se desgastar após vários ciclos de acoplamento, novamente deixando o conector suscetível à corrosão. Portanto, os contatos revestidos podem exigir manutenção regular para garantir a máxima capacidade de manutenção.
Conclusão
A corrosão por atrito é um problema comum encontrado em terminais e contatos elétricos. Há uma série de soluções preventivas econômicas que excedem em muito o custo de substituição ou reparo. Determinar a força motriz do atrito é vital; no entanto, é importante escolher uma solução adequada porque uma incorreta pode ser ineficaz ou, em alguns casos, aumentar a taxa de corrosão por contato.