Métodos eletroquímicos para monitoramento da proteção contra a corrosão - CORROTEST

Rafael Pechi, diretor da Hook Gancheiras & Periféricos

Estudo de caso com aplicação do Corrotest. Conheça os detalhes do teste e veja como ele pode ajudar a sua empresa a garantir processos com maior qualidade.

INTRODUÇÃO

Métodos e técnicas de monitoramento eletroquímico são ferramentas usadas para estudar e medir os processos eletroquímicos que ocorrem em materiais, especialmente relacionados à corrosão. Esses métodos permitem a análise do comportamento eletroquímico de superfícies metálicas e revestimentos, fornecendo dados sobre a cinética e os mecanismos de corrosão, possibilitando o estabelecimento de correlações entre a cinética da corrosão e as variáveis do processo. Tais informações podem ser utilizadas para diagnosticar problemas de corrosão e controlar os parâmetros do processo.

Os métodos eletroquímicos são comumente utilizados para avaliar o comportamento de um revestimento passivado, permitindo a detecção de alterações sensíveis na cinética do processo corrosivo.

O sistema é composto por uma célula eletroquímica de três eletrodos conectados a um potenciostato, que é gerenciado por um controlador de medição com software dedicado. Além disso, vários sistemas com controladores de medição podem ser orquestrados pelos servidores, seja em nuvem ou na rede local, possibilitando uma gestão integrada e eficiente dos dados obtidos.

Alguns dos principais métodos incluem:

1. Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS): Mede a resposta do sistema a pequenas perturbações em frequência, permitindo a análise da resistência à corrosão e da integridade dos revestimentos.
2. Polarização Potenciodinâmica: Avalia a reação de corrosão ao aplicar uma variação controlada de potencial, identificando a velocidade de corrosão e as propriedades passivadoras dos materiais.
3. Técnica de Ruído Eletroquímico: Detecta flutuações espontâneas de corrente e potencial, associadas à corrosão localizada, como pite e fissuração por corrosão sob tensão.
4. Métodos de Circuito Aberto: Observam o potencial de circuito aberto ao longo do tempo para estudar as tendências de corrosão sem aplicar um potencial externo.
5. Técnica de Polarização Linear (LPR): Determina a taxa de corrosão pela medição da corrente em resposta a uma pequena perturbação de potencial aplicada.

Tais métodos são amplamente utilizados em pesquisas – em especial, nas universidades –, porém, na indústria, ainda não são muito difundidos.

Os métodos eletroquímicos são essenciais para monitorar a integridade de estruturas metálicas, otimizar processos industriais e desenvolver materiais mais resistentes à corrosão.

Desenvolvemos o Corrotest, composto por uma célula eletroquímica, corpos de provas e um software para gerir as informações. O teste leva em torno de 15 minutos para ser executado, praticamente o mesmo tempo do teste de Célula de Hull, método muito utilizado para controle dos banhos eletroquímicos.

Para ilustrar a aplicação do Corrotest na indústria, apresentaremos, a seguir, um estudo de caso de um processo de zincagem alcalina com passivação trivalente.

TESTE: PROTEÇÃO CATÓDICA PELO ZINCO COM CAMADA DE CONVERSÃO

O zinco é amplamente utilizado para a proteção contra corrosão dos metais ferrosos devido à sua posição na série eletroquímica, onde o potencial do ferro é mais positivo em comparação ao do zinco. Isso significa que o zinco é menos nobre que o ferro, atuando como ânodo no elemento galvânico, enquanto que, no ferro, ocorrem apenas processos catódicos.

Como o ferro é o metal mais nobre, ele é protegido catodicamente até que o zinco seja completamente corroído. Para aumentar a resistência à corrosão, uma camada de conversão, como o cromito, é aplicada, proporcionando uma barreira adicional contra o processo corrosivo.

Para iniciar a execução do teste, é necessário processar os corpos de prova na linha de produção. Em processos estáticos, basta utilizar uma gancheira específica para os corpos de prova. Já em processos rotativos, os corpos de prova podem ser colocados no tambor junto com as peças em processamento ou, se possível, adaptar a gancheira na lateral do tambor.

Atenção:

Dessa forma, com uma frequência pré-estabelecida, os corpos de prova são processados para avaliar a condição do processo em relação à proteção contra a corrosão. Por exemplo, o Corrotest pode ser utilizado uma vez por turno como parte do setup da linha.

Montagem e execução do Corrotest com a célula eletroquímica:

CÁLCULO: A MÉDIA HARMÔNICA DE PROTEÇÃO À CORROSÃO

A proteção contra corrosão em peças zincadas e passivadas, por exemplo, pode ser determinada através de ensaios de exposição, como névoa salina, condensação, clima alternado e Kesternich. Geralmente, os resultados desses ensaios apresentam variações mais ou menos amplas, por isso, diversas peças são submetidas ao mesmo teste e um valor médio é calculado como resultado.

Para calcular os valores de proteção contra corrosão, deve-se usar a média harmônica, ainda pouco conhecida, em vez da média aritmética. A média harmônica é mais adequada porque reflete melhor a resistência, que é o recíproco da corrosão.

ANÁLISE DOS RESULTADOS

Conceito Voltametria - Resistência de polarização e Corrente de Corrosão:

O gráfico apresenta os resultados experimentais em vermelho, e os resultados teóricos da simulação em azul, utilizando parâmetros específicos. Observa-se que o comportamento de ambos é muito próximo, indicando uma boa concordância entre os dados experimentais e os resultados simulados.

Acima estão os resultados da voltametria, onde corpos de prova foram testados em quatro condições diferentes.

É possível concluir que os resultados com resistência de polarização superior a 10 kΩ atendem aos critérios de resistência à corrosão, considerando a exigência de 96 horas sem corrosão branca no teste de salt spray.

No gráfico acima, nota-se como o comportamento da curva muda quando há uma passivação com defeito, destacada em vermelho. A curva em verde representa uma passivação homogênea, enquanto a curva em azul mostra uma simulação com parâmetros pré-definidos para entender o comportamento normal da curva.

Na ilustração acima, observe a correlação com os resultados do teste de salt spray. O teste eletroquímico pode ser uma alternativa eficaz para controle de processo e garantia de qualidade em termos de resistência à corrosão sem a necessidade de aguardar dias pelos resultados do teste de salt spray. Trata-se de um teste complementar que, certamente, ajuda a monitorar e a controlar a resistência à corrosão de forma mais rápida e eficiente.

Note, abaixo, o comportamento das curvas nas 4 diferentes condições de processo, sendo: um novo; o segundo, com 10 g/L de zinco; o terceiro, com 5 g/L de zinco; e o quarto, com 80 mg/L de ferro e 12 g/L de zinco.

CONCLUSÃO

Existem vários métodos eletroquímicos que podem ser utilizados para ensaios de corrosão. A utilidade desses métodos se revela na prática significativa dos resultados das medições. Embora não substituam os ensaios de aplicação, como a exposição em câmara de névoa salina, eles podem complementá-los de maneira eficaz.

Os métodos eletroquímicos fornecem índices de controle de qualidade imediato e podem ser usados para gerar estatísticas que comprovam a capacidade do processo. Além disso, é possível montar sistemas de monitoramento on-line de corrosão em tempo real, empregando toda a variedade dos métodos apresentados. Assim, esses métodos podem fazer parte da manufatura avançada (Indústria 4.0).

Por fim, uma homenagem ao Dr. Rolf Jansen, cuja memória inspira todo o setor. Dr. Rolf Jansen foi responsável pelo desenvolvimento deste projeto e do software que orquestra os dados dos estudos apresentados; sua dedicação e expertise foram fundamentais para o sucesso deste trabalho. Graças ao seu esforço incansável, foi possível a coleta, análise e interpretação eficiente dos dados, promovendo avanços significativos na área de monitoramento e controle de corrosão. Seu legado continuará a iluminar o caminho para futuras gerações de pesquisadores.