ANÁLISE ELETROQUÍMICA DOS AÇOS INOXIDÁVEIS AISI 304 E 316L SUBMETIDO A CORROSÃO EM SOLUÇÃO SALINA

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Frutuoso, F.G.S.O. (UFERSA) ; Junior, M.Q.S. (UFERSA) ; Torres, L.A.T. (UFERSA) ; Lima, R.N. (UFERSA)

Resumo

Esta pesquisa tem como objetivo caracterizar o comportamento dos aços inoxidáveis austeníticos AISI 316L e AISI 304 em solução de água do mar artificial. Foi realizado ensaios eletroquímicos de espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica, além da medição de pH e condutividade da solução. Com a comparação e análise dos parâmetros citados chegou-se a conclusão que os AISI 304 e AISI 316L não são sensíveis ao meio escolhido, no entanto a corrosão ocorre e é predominantemente na forma de pites. O aço AISI 316L mostrou-se nitidamente mais resistente à corrosão que o AISI 304.

Palavras chaves

Aço inoxidável; Resistência à corrosão; Ensaios eletroquímicos

Introdução

Pode-se definir corrosão como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente associado ou não a esforços mecânicos. A deterioração causada pela interação físico- química entre o material e seu meio operacional representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado para uso (GENTIL, 2012). A corrosão, em geral um processo espontâneo, está constantemente transformando os materiais metálicos de modo que a durabilidade e desempenho dos mesmos deixam de satisfazer os fins a que se destinam (FRAUCHES-SANTOS et al.,2014). Entre as principais formas de mensurar o avanço da corrosão são indicadas a taxa de perda de massa em relação ao tempo e a taxa de penetração a corrosão (CALLISTER 2013). Aços com teores de cromo superiores a 12% têm grande resistência à oxidação e são comumente designados como aços inoxidáveis. A demanda por matéria prima resistente a corrosão é crescente, então é interessante ter o conhecimento do comportamento em meio corrosivo desses materiais. Esse tipo de pesquisa viabiliza e barateia a produção de equipamentos que precisam de resistência à corrosão. A literatura a cerca desse assunto é limitada (SILVA; MEI, 2010). O presente trabalho tem como objetivo principal a caracterização dos aços AISI 304 e AISI 316L quanto seu comportamento em água do mar artificial. Para isso foram feitos ensaios para conhecer composição e estrutura dos materiais de pesquisa, além da medição das propriedades do meio. O fluido citado como meio corrosivo trata-se de água do mar sintética produzida em laboratório, cuja composição química é regida pela norma ASTM D1141. A utilização da água do mar real não foi possível, pois a repetibilidade ficaria comprometida devido a fatores externos como os poluentes. A partir da exposição de amostras dos aços AISI 304 e AISI 316L ao meio de água do mar artificial por um determinado tempo foi possível mensurar a perda de massa. Usando ensaios eletroquímicos como espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e a polarização linear, que fornece curva de polarização potenciodinâmica (CPP), tendo acesso a outros parâmetros importantes para essa caracterização.

Material e métodos

Os materiais utilizados para as análises foram os aços AISI 304 e AISI 316L que estavam dispostos em barras cilíndricas. Foram cortadas dez amostras de cada aço, todas em formato cilíndrico, os cortes foram realizados numa máquina serra fita da Starret modelo S1101. Após os cortes as amostras foram medidas e pesadas em uma balança de precisão modelo TX 3202L da Shimadzu. As três amostras de cada aço destinadas para os ensaios eletroquímicos de espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização linear passaram por um corte parcial feito numa máquina policorte modelo Arocor 60 da Arotec, com o intuito de abrir espaço para acoplar um fio de cobre às amostras de aço inoxidável, o qual servirá como ponto de contato durante os ensaios. Após o corte parcial as amostras foram embutidas juntamente com o fio de cobre, o qual possuía cerca de 100 mm de extensão, no entanto apenas um comprimento equivalente ao diâmetro dos corpos de prova permaneceu entre o aço e a resina de poliéster para embutimento à frio. Após isso, as amostras foram lixadas na máquina Lixadeira modelo Aropol 2V da Arotec, com lixas de granulometria 180, 220, 320, 400, 500, 600, 800, 1000 e 1200. Os ensaios foram feitos em um potensiostato/galvanostato AUTOLAB modelo PG STATE 204, e o software NOVA versão 1.11 para aquisição e tratamento de dados. Os ensaios foram feitos em um meio de água do mar artificial, utilizando uma célula eletroquímica composta de três eletrodos: Ag/AgCl, como eletrodo de referência, platina como contra eletrodo e o eletrodo de trabalho a temperatura ambiente. As análises por polarização linear potenciodinâmica foram feitas no intervalo de 300mV abaixo e 300mv acima do potencial de circuito aberto (OCP) e para obtenção da taxa de corrosão foi utilizado o método de TAFEL. O meio utilizado foi água do mar artificial, o percentual de cada componente é regido pela norma ASTM 1141 D, trata-se de uma solução de cloretos presentes na água do mar diluídos em água destilada. Para a medição do ph das soluções foi utilizado um PHmetro de bancada para soluções aquosas da marca TEPRON do modelo TPH2000 e para a medição da condutividade das soluções foi utilizado um condutivímetro de bancadas para soluções aquosas da marca GEHAKA do modelo CG 1800. As cinco amostras de cada aço destinadas para o ensaio de corrosão foram lixadas na máquina Lixadeira e colocadas em meio corrosivo com a face lixada voltada para cima. O meio permaneceu estático, exceto durante as completações de fluido, pra manutenção de nível volumétrico, que ocorreram com periodicidade de 15 dias A temperatura do ambiente manteve-se entre 20°C e 25°C. As amostras permaneceram expostas ao meio corrosivo durante 465 dias. Durante o tempo de exposição houve a necessidade de troca total do fluido, devido à saturação, com cloretos e material de corrosão, do meio. Após a exposição à água do mar artificial, as amostras foram enxugadas e pesadas novamente.

Resultado e discussão

Para este ensaio a análise dos dados obtidos foi apenas qualitativa. Aqui o aço representado pela cor vermelha é o aço AISI 316L e o aço representado pela cor preta é o aço AISI 304. As Figuras 1a e 1b apresentam o diagrama de bode para o ângulo de fase e para o Log Z em função da frequência, respectivamente. Quanto maior o ângulo de fase e quanto mais estável o elemento de fase Q, maior é a homogeneidade superficial e a resistência à corrosão. (CISQUINI, 2014). Na Figura 1a é notável que o AISI 316L tem um comportamento ligeiramente superior ao AISI 304. Porém, já que as curvas resultantes estão muito próximas, pode-se afirmar que ambos têm desempenho semelhante, boa resistência à corrosão. Na Figura 1b é nítido que a amostra de aço AISI 316L apresenta valores maiores de impedância total logo é mais resistente à corrosão. No gráfico de potencial versus corrente, apresentado na Figura 2, o aço AISI 316L é representado pela cor vermelha e o aço AISI 304 é representado pela cor preta. Quanto maior o valor do potencial de corrosão, mais resistente à corrosão é o material. Na curva de polarização, a parte do ramo anódico que apresenta uma pequena variação de corrente para uma grande variação de potencial caracteriza uma região de passivação, que pode ou não ocorrer dependendo do material e meio ensaiado (MELO, 2009).

Diagrama de Bode. (a) ângulo de fase função da frequência (Log f). (b) Log z em função da frequência (Log f).


Curva de polarização dos aços AISI 304 e 316L sobrepostas

Conclusões

De uma forma geral, foi perceptível que os materiais usados na pesquisa, não são sensíveis ao meio eletrólito utilizado. Apesar de o meio salino ser propício, o observado foram baixas taxas de perda de massa e penetração de corrosão associados a elevados valores de resistência à corrosão. Os resultados dos ensaios físicos de corrosão mostraram nitidamente um melhor desempenho do aço AISI 316L, apresentando uma menor perda de massa e uma menor penetração de corrosão que o AISI 304. Os ensaios eletroquímicos foram coerentes entre si, apesar de o ensaio de impedância não mostrar o processo de passivação como as curvas de polarização, tanto a EIE como a CPP apontaram o AISI 316L como mais resistente à corrosão. Os ensaios físicos de corrosão não apresentaram a taxa de penetração de corrosão da mesma ordem que as taxas calculadas pelo ensaio de polarização. No entanto isso é completamente compreensível, pois cada ensaio é influenciado por diversas variáveis (temperatura, potencial aplicado, qualidade superficial de cada amostra, etc.), além de ambas as taxas serem estimativas baseadas na consideração de um controle rigoroso de ambiente, que infelizmente nãoé possível com os equipamentos disponíveis à esta pesquisa. Pode-se afirmar que as taxas de penetração de corrosão aqui apresentadas estão coerentes entre si, pois mostram o mesmo indicativo: o AISI 316L como mais resistente à corrosão que o AISI 304.

Agradecimentos

Referências

CALLISTER, Jr Willian T. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7. ed. LTC. 2008.705p.
CISQUINI,Paula. Influência dos Parâmetros de Nitrocementação a Plasma na Resistência à Corrosão e ao Desgaste do Aço AISI 304. 2014. Dissertação (Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais). Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Espírito Santo, Vitória, 2014.
FRAUCHES-SANTOS, C.; ALBUQUERQUE, M. A.; OLIVEIRA, M. C. C.; ECCHEVARRIA, A. A corrosão e os agentes anticorrosivos. Rev. Virtual Quim, 2014, 6 (2), 293-309p.
GENTIL,Vicente. Corrosão. 5. ed. LTC. 2010. 360 p.
MELO, Régis Lopes. Eletrodeposição, Caracterização e Estudos de Corrosão de Camadas de Ni-Mo-P. 2009. Dissertação (Mestrado em Química Inorgânica). Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009.
SILVA, André Luiz V. da Costa; MEI, Paulo Roberto. Aços e Ligas Especiais.3. ed. Blucher, 2013. 646 p.