Erosão e corrosão em engenharia mecânica

A corrosão e a erosão afetam a vida útil e o desempenho dos componentes. Mas qual é, de facto, a diferença entre erosão e corrosão? Que tipos existem? E como é que estas forças podem ser contrariadas? O artigo seguinte analisa esta questão mais pormenorizadamente.

Qual é a diferença entre erosão e corrosão?

Tal como utilizados no dia a dia, os dois termos erosão e corrosão são frequentemente confundidos, mas ambos representam dois conceitos completamente diferentes: a erosão refere-se à remoção de material e, por conseguinte, a uma alteração física, enquanto a corrosão é principalmente uma alteração causada por uma reação química. No contexto da engenharia mecânica, a erosão significa que, por exemplo, o efeito mecânico das partículas erosivas na superfície de um componente conduz a danos ou à abrasão do material da superfície. Os danos resultantes podem ser microscopicamente pequenos, mas também de natureza macroscópica, ou seja, visíveis a olho nu. A abrasão é uma forma de erosão e designa o processo de remoção de material de uma superfície sólida por fricção com outro parceiro de fricção. Os parceiros de fricção podem ser pequenas partículas num gás em fluxo, mas também líquidos em fluxo ou sólidos em fricção. O material removido é designado por abrasão.

A corrosão, por outro lado, descreve uma reação química ou eletroquímica do material com base numa interação com o ambiente, que conduz a uma alteração do material até à sua destruição. A erosão pode ser um pré-requisito para a corrosão, tal como a corrosão erosiva. Neste caso especial, a remoção (erosão) da película protetora de óxido na superfície do metal provoca um ataque corrosivo na superfície agora exposta das áreas afetadas.

Alguns metais e ligas metálicas, como ferro ou aço, são suscetíveis à corrosão, o que pode levar à destruição completa. Outras ligas metálicas corrosivas corroem na sua superfície e formam uma película de óxido estanque ao oxigénio, que evita uma corrosão mais profunda. Por exemplo, o alumínio ou o cobre não tratados são suscetíveis à corrosão por humidade e sais. Reagem com a humidade e o oxigénio do ambiente e formam uma película protetora de óxido na superfície do material, que depois protege contra mais corrosão.

Tanto a corrosão como a erosão são um grande problema em muitas indústrias e levam ao desgaste do material e a altos custos de manutenção.

A corrosão em pormenor

A norma DIN EN ISO 8044 define a corrosão como a reação de um material com o seu ambiente. Esta reação causa uma alteração mensurável no material e pode levar a uma incapacidade funcional. Esta reação é geralmente de natureza eletroquímica, mas também pode ter causas químicas ou metal-físicas. A norma diferencia ainda mais entre danos de corrosão e tensão de corrosão:

• Danos à corrosão: danos materiais devido a reações químicas ou eletroquímicas ao meio ambiente. São formados produtos de corrosão que enfraquecem o material, por exemplo, corrosão superficial ou corrosão de espaços.
• Stress de corrosão: Contaminação do material devido a condições ambientais corrosivas. Esta tensão pode ser aumentada por fatores como humidade, teor de sal, temperatura e influências químicas. A tensão de corrosão torna os materiais mais suscetíveis a danos por corrosão, especialmente com tensões mecânicas adicionais.

Sintomas de corrosão

Existem diferentes fases ou aparências de corrosão:

• Não podem ser observadas alterações na superfície: não se formaram subprodutos de corrosão ou os depósitos da superfície incidente estão na gama de nanómetros; por conseguinte, é improvável degradação adicional.
• A superfície está descolorida, caso contrário não há alterações: os subprodutos da corrosão podem ser vistos na superfície, mas a corrosão não progride mais. A descoloração tem uma espessura de vários 10 nm de formação de ferrugem.
• Corrosão progressiva: os subprodutos da corrosão não aderem firmemente à superfície, expondo-a continuamente ao ambiente indutor de corrosão. Isto é percetível pela descamação de ferrugem, por exemplo, em aços não ligados expostos à chuva ou ao vento.
• Sem formação de ferrugem, corrosão progressiva: Os subprodutos da corrosão dissolveram-se no ambiente, mas a corrosão continua a progredir, por exemplo, quando o metal entra em contacto com o ácido.

Tipos de corrosão

A corrosão pode ser classificada de acordo com o tipo de mecanismos de reação: Corrosão química, corrosão eletroquímica e corrosão metal-física.

• Corrosão química: A corrosão química ocorre quando metais e outros materiais reagem com o seu ambiente, em particular com oxigénio, água ou químicos agressivos, e são depois decompostos e destruídos.
• Corrosão eletroquímica: A corrosão electroquímica é desencadeada pela presença de um eletrólito, por exemplo, corrosão intercristalina.
• Corrosão metal-física: A corrosão metal-física ocorre quando fenómenos físicos levam à corrosão.

Resistência à corrosão e proteção contra a corrosão

A resistência à corrosão é uma propriedade material que depende dos seguintes fatores, por exemplo:

• Composição do material
• Tratamento de superfície
• Elementos de liga

Idealmente, os componentes relevantes têm uma elevada resistência à corrosão. No entanto, existem também outras opções para proteção contra corrosão.

A tabela seguinte mostra os efeitos do teste de pulverização de água salgada. JIS H8502 num rolamento de esferas linear simples com flange:

Erosão em detalhe

A erosão é particularmente importante quando as máquinas e componentes são sujeitos a cargas extremas. A forma e o ângulo de ataque das partículas incidentes também influenciam o efeito de desgaste. A propriedade do material também desempenha um papel. Os materiais quebradiços comportam-se de forma diferente dos dúcteis. Para o vidro como material frágil, por exemplo, a sensibilidade ao desgaste aumenta com o ângulo de ataque, ele literalmente se estilhaça. Para materiais dúcteis, o desgaste aumenta num ângulo de ataque de até 25 °, mas depois cai novamente rapidamente.

Aqui estão alguns exemplos de possíveis modos de falha de diferentes materiais:

• 1 - Dúctil, macio
• 2 - Dúctil, macio, revestido
• 3 - Frágil

Em materiais frágeis, podem resultar vários modos de fratura, dependendo da estrutura do material, forma e energia de impacto da partícula de impacto e diferentes ângulos de impacto:

• 1 - Rutura cónica
• 2 - Rutura radial
• 3 - Rutura lateral

Erosão como processo de fabrico para remoção de materiais

A erosão também pode ser utilizada para efeitos positivos, por exemplo, pela erosão por faíscas. A erosão por faíscas é um processo de fabrico térmico e de remoção. Baseia-se em processos de descarga elétrica e, por conseguinte, é apenas adequado para materiais condutores. Uma ferramenta de elétrodos submersa num dielétrico é fornecida com tensão CC e depois guiada em direção a um material condutor. Isto resulta em descargas sob a forma de faíscas, que resultam em temperaturas elevadas de até 1200 °C. O material da peça de trabalho é derretido e as partículas de material removidas são eliminadas no líquido. Formas geométricas complexas com alta qualidade de superfície podem ser produzidas por erosão por faíscas. O dissipador de tinta, como um subtipo de erosão por faísca, usa uma ferramenta que representa um negativo da estrutura a ser produzida. Este método é utilizado principalmente para várias peças moldadas.

A erosão de partículas é mais uma forma de fazer uso intencional da erosão na engenharia mecânica. A erosão de partículas ocorre quando pequenas partículas sólidas (por exemplo, areia) são impulsionadas contra a superfície de um componente. Isto resulta em abrasão e perda de material.

Proteção contra corrosão e erosão

Existem vários tipos de proteção contra corrosão e erosão. O princípio básico é que as propriedades são adicionadas ao material a ser protegido para torná-lo mais resistente à erosão e/ou corrosão. Isto também prolonga a vida útil. No entanto, a proteção adicional contra erosão é muitas vezes mais dispendiosa do que simplesmente substituir o componente e, portanto, deve ser considerada cuidadosamente. A proteção contra erosão e corrosão podem ser categorizadas em erosão passiva e ativa ou proteção contra corrosão.

A proteção passiva contra corrosão é obtida, por exemplo, por agentes de proteção contra corrosão que protegem as superfícies metálicas como revestimento. Um revestimento protetor é frequentemente aplicado como uma operação final. Os métodos comuns incluem pulverização térmica e revestimento polimérico:

• Pulverização térmica: A pulverização térmica envolve a pulverização de materiais aditivos na superfície como partículas de pulverização, que são depois depositadas na superfície em camadas para formar a camada de pulverização. A principal aplicação para aspersão térmica é a proteção contra corrosão e desgaste. A carga térmica deste método é muito baixa. A pulverização a arco, a pulverização a plasma e a pulverização a chama são subtipos.
• Revestimento de polímero: O revestimento de polímeros envolve revestir a ferramenta com uma camada de material polimérico. Os revestimentos de polímeros tribológicos são particularmente adaptáveis. Reduzem a abrasão e também são utilizados como proteção contra corrosão e desgaste. Estão disponíveis as seguintes opções: Revestimento em pó, revestimento em plasma para revestimentos muito finos, revestimento húmido, revestimento a vácuo.

A proteção ativa contra corrosão é utilizada principalmente em peças de trabalho inacessíveis, por exemplo, cabos ou tubos submersos ou subterrâneos. A proteção ativa contra corrosão pode ser obtida adicionando um inibidor de corrosão ou por polarização eletroquímica. É feita uma distinção entre proteção anódica e catódica:

• Catódico: o metal a ser protegido é conectado como um cátodo com um ânodo positivamente carregado (por exemplo, um metal não real, como zinco) por meio de corrente externa. As fontes de corrente externas podem até ser omitidas quando o magnésio é utilizado como um ânodo. Os eletrodos são direcionados para o material a ser protegido e são absorvidos por estes últimos. É criada uma corrente de proteção que evita a ferrugem.
• Anódicos: em metais que geram produtos de corrosão ou oxidação, estes produtos são utilizados como camada protetora para evitar mais ataques.