Sistema Duplex - Dobrando a proteção contra corrosão

A cerca ornamental da ponte de pedestres sobre o rio Hudson, em Nova Iorque recebeu pintura sobre a galvanização.

Por muitos anos proteger pontes de aço contra corrosão significou usar galvanização a quente ou algum tipo de sistema de pintura em vigas, colunas, corrimãos, gradeados ou cabos.
Hoje os projetistas e proprietários cada vez mais se inclinam para uma combinação de ambos os métodos de proteção o que é comumente conhecido como sistema duplo " pintura ou pintura a pó sobre aço previamente galvanizado a quente.
Quando pintura e galvanização a quente são usadas em conjunto, o controle da corrosão é superior a cada um dos métodos usados isoladamente.

A galvanização protege o aço base, proporcionando proteção catódica e de barreira. Adicionalmente a camada de galvanização impede o desenvolvimento de óxido de ferro sob o sistema de pintura.

A pressão para o exterior causada pelo óxido de ferro conduz no final à formação de bolhas e escamação. A pintura por sua vez dá proteção adicional de barreira à camada de galvanização, isolando-a do ataque corrosivo dos cloretos e sulfetos da atmosfera. A pintura diminui a velocidade com que o zinco é consumido, aumentando bastante a vida do aço galvanizado. Por outro lado, uma vez que a pintura tenha sido
danificada ou desgastada pela ação das intempéries, o zinco estará disponível para proporcionar proteção catódica e por barreira de tal forma que a ferrugem não vai se formar e a pintura não vai descascar. Com esse efeito sinérgico é comum que um sistema duplo proporcione proteção contra corrosão por um tempo de 1,5 a 2,5 vezes maiores do que a soma dos períodos de vida proporcionados pelo zinco ou pintura usados individualmente. Isso equivale a se ter pontes livres de manutenção por 75 a 100 anos na maioria das localidades.

O mais importante aspecto da pintura sobre galvanização a quente é entender as características da camada de zinco em cada estágio do seu "envelhecimento". Embora o zinco comece a reagir com o ambiente imediatamente após a saída do banho de galvanização, podem ser necessários até dois anos para que "envelheça" completamente.

Para se determinar o estágio de "envelhecimento", também chamado desenvolvimento de pátina de zinco (óxidos de zinco, hidróxidos de zinco e carbonato de zinco " vide tabela a abaixo), o aço galvanizado é dividido em três categorias: recém galvanizado a quente, parcialmente "envelhecido" e completamente "envelhecido".

Considerando que o aço galvanizado tem diferentes características em cada estágio, é necessário que ele seja preparado diferentemente, dependendo do estágio.
A pintura do aço recentemente galvanizado, no qual a formação de óxido de zinco ainda não se iniciou, requer pouca ou nenhuma preparação superficial para favorecer a aderência da tinta ou do pó. Entre 24 e 48 horas após galvanização, entretanto, o oxido de zinco se forma. O primeiro estágio no desenvolvimento de uma pátina protetora de zinco é um produto de corrosão pulverulento e ligeiramente aderente.

Quando o óxido de zinco é exposto ao ar em movimento, a superfície reage com a umidade da atmosfera, seja ela proveniente de orvalho, chuva, ou mesmo da própria umidade natural, para formar uma mistura porosa, gelatinosa, branco-acinzentada de óxido de zinco e hidróxido de zinco. Esse aço galvanizado parcialmente "envelhecido" se forma normalmente entre 48 horas e seis meses após a galvanização. O óxido de zinco e hidróxidos são partículas eletrostaticamente ligadas à superfície do aço e devem ser removidas ou neutralizadas usando-se jato de ar e/ou limpeza química.

A remoção por jato de ar (com um agente mais mole que o zinco) ou a utilização de um "primer" caustico são recomendadas para tornar a superfície ligeiramente áspera de modo a melhorar a aderência da tinta. Solvente sozinho não remove óxidos e hidróxidos de zinco.

Conforme o processo de "envelhecimento" progride, os óxidos e hidróxidos de zinco reagem com o dióxido de carbono da atmosfera e evoluem para uma fina compacta e fortemente aderente camada de carbonato básico de zinco.

Essa progressão faz aumentar a barreira de proteção. Por ser relativamente insolúvel essa patina de zinco na fase carbonato evita a rápida corrosão atmosférica do zinco na superfície do aço galvanizado. Esse aço galvanizado completamente "envelhecido" tem entre seis meses e dois anos de idade e a pátina de zinco está completamente formada. A pátina tem uma superfície muito estável e ligeiramente áspera proporcionando excelente aderência à tinta. A única preparação necessária é uma lavagem com água quente pressurizada para remover da superfície as partículas soltas de óxido e hidróxido de zinco.
Preparação para a pintura

Além de se determinar em que fase da pátina de zinco os componentes da ponte podem estar, o sucesso na preparação da superfície é a chave para se produzir camadas aderentes de pintura para obter os benefícios de um sistema duplo. Informações sobre preparação de superfícies de aço galvanizado a quente após a fabricação para receber camadas duplas de proteção podem ser encontradas no ASTM D 6386, "Practice for Preparation of Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coated Iron and Steel Product and Hardware Surfaces for Painting". De forma geral, a limpeza e perfilagem de superfícies estão descritas abaixo:

Quando se limpa uma superfície galvanizada antes da pintura busca-se remover qualquer sujeira graxa ou óleo.

Ao mesmo tempo deve-se cuidar para não remover muito da camada de galvanização. Os produtos alcalinos, amônia, e solventes são os meios mais comuns para remover sujidades de superfícies galvanizadas. Como alguns removedores podem reagir diferentemente com os diversos sistemas de pintura, o fabricante da tinta deve ser consultado sobre problemas específicos de reações indesejadas.

Óleo, graxa, e sujidades podem ser removidos usandose uma solução alcalina com pH entre 11 e 12, mas não maior do que 13, pois isso danificará a camada de zinco.
A maior parte das soluções alcalinas é constituída com componentes de sódio com concentrações variando de 2 a 5 por cento com a adição de pequenas quantidades de emulsificadores ou quelatos. A solução é aplicada por meio de imersão, pulverização ou escovação. Se for utilizada escovação, a solução deve ser aplicada preferivelmente com uma escova de cerdas macias de nylon e nunca de aço ou cobre. Se forem utilizadas imersão ou pulverização considerar que as temperaturas que produzem os melhores resultados estão entre 60º C (140º F) e 85º C (185º F). Para aço recém galvanizado um emulsificador em base água removerá os agentes contaminadores. Solventes minerais,
terebintina, nafta de alto ponto de fulgor, e outros solventes típicos também irão limpar superfícies galvanizadas " desde que sejam aplicados com estopas, trapos livres de bolinhas ou escovas de cerdas macias, que devem ser trocados freqüentemente para não se trazer de volta os agentes contaminadores. Uma solução com 1 a 2 por cento de amônia aplicada com uma escova de cerdas macias é normalmente usada para limpar as partes com películas de zinco. Esse resíduo é proveniente das partículas de zinco oxidado presentes na superfície do banho de galvanização. Resíduos de cinza devem ser removidos antes da pintura. Após a limpeza a superfície deverá ser inteiramente enxaguada com água quente e deixada para uma secagem completa.
Perfilagem da superfície

Para se obter um bom perfil para aderência da tinta, a superfície galvanizada deve ser plana, sem protuberâncias e ligeiramente áspera para proporcionar uma boa ancoragem para tinta. Durante a remoção das peças do banho de galvanização o excesso de zinco escorre pelos
cantos e pode muitas vezes se acumular na forma de protuberâncias ou arestas irregulares. O zinco pode também formar gotas nas extremidades por onde ele escorre. Esses pontos altos na forma de gotas devem ser removidos por esmerilhamento com ferramentas manuais ou elétricas. Cuidados devem ser tomados para que a camada de galvanização não seja removida além da espessura especificada.

Uma limpeza abrasiva ou jateamento proporcionará a aspereza necessária. Não se deve confundir jateamento com jateamento quase branco que se usa para limpar aço sem proteção antes de se aplicar qualquer sistema de pintura o que removerá a camada de galvanização.
Para o jateamento o tamanho das partículas deve estar entre 200 e 500 micra. Entre os materiais de maior uso incluem-se silicatos de Alumínio/Magnésio; meios orgânicos tais como espiga de milho e casca de noz; ou minerais como coríndon, calcário, e areias com uma dureza Mohs de 5 ou menos. Alerta-se novamente para que sejam tomados todos os cuidados para não se remover a camada de zinco além do limite. Se o ângulo de jateamento se torna quase perpendicular à superfície galvanizada, o jateamento pode remover rapidamente a camada protetora de zinco em vez das partículas de zinco da superfície. O processo será melhor aplicado se for confiado a um operador experiente.
A temperatura da peça galvanizada durante o jateamento pode ter um efeito significativo no perfil da superfície acabada. Jateamento em peça ainda quente pelo processo de galvanização, entre 79º C (175º F) e 199º C (390º F), proporciona um excelente perfil para pintura. A condição ideal do ambiente para jateamento é com menos de 50 % de umidade relativa e temperatura mínima de 21º C (70º F).
Selantes, coberturas e primers

Selantes penetrantes de epóxi de dois elementos são algumas vezes usados para formar uma cobertura espessa de 50 micra na superfície galvanizada após a limpeza. Esses produtos podem ser particularmente eficazes como métodos de tratamento de superfícies onde existiam resíduos de óxido ou hidróxido de zinco removidos durante o processo de limpeza. As instruções de aplicação do fabricante devem ser seguidas e sempre deve ser utilizada uma camada de cobertura sobre o selante penetrante.
A fosfatização com zinco é uma camada de conversão que torna passiva a superfície do zinco e bloqueia a formação de óxidos de zinco. O tratamento com fosfato é aplicado por imersão, borrifamento ou escova de cerdas leves, devendo o fosfato permanecer sobre a superfície durante três a seis minutos.

A superfície é então lavada com água limpa e deixada para secar completamente. Embora esse tratamento seja apropriado para a maioria das pinturas, ele não é adequado para tintas ricas em zinco.

Tratamentos do tipo "wash primer" utilizam condicionadores de metal para neutralizar os óxidos e hidróxidos da superfície bem como para tornar áspera a superfície galvanizada. Os "primers" devem ser aplicados para formar uma camada protetora com espessura entre 7 e 13 micra. Se a espessura exceder 13 micra a aderência da tinta pode se tornar um problema. Considerando-se que a aplicação no campo pode resultar em camadas de proteção espessas e irregulares, recomenda-se que a utilização desse processo se restrinja a oficinas. Para se obter o melhor desempenho quando são utilizados "wash primers" as instruções do fabricante devem ser seguidas rigorosamente.
A passivação acrílica usa uma solução com um acrílico acidulado para tornar passiva a superfície galvanizada e tornar áspera a camada de zinco. A espessura de aplicação deve ser de aproximadamente 1 mícron e a superfície deve ser previamente limpa e estar completamente seca antes de se aplicar a tinta.

Selecionando a tinta

São os engenheiros que normalmente especificam o sistema de pintura. Existem muitas opções dependendo do uso da peça protegida com dupla camada, do método de aplicação, do local de utilização, das preocupações ambientais e da estética. Muitos fornecedores de tinta oferecem bons sistemas de pintura que são projetados para trabalhar com aço galvanizado. A tabela "10 Combinações de Tintas" abaixo lista algumas tintas que trabalham juntas, mas o usuário deve consultar o fabricante para uma seleção correta.

O segredo de um desempenho excelente do aço galvanizado pintado é a preparação da superfície. Uma superfície recém galvanizada ou com até 48 horas após galvanização pode ser pintada após um procedimento para torná-la áspera. Se ela tiver sido exposta às intempéries por mais de um ano, a sujeira, a graxa e os óleos precisam ser removidos em primeiro lugar. Para se pintar aço galvanizado que tenha entre dois dias e um ano é necessária uma preparação mais cuidadosa para se obter a qualidade que um sistema duplo proporciona.

10 Combinações de Tintas

Esta tabela mostra 10 combinações de sistemas de pintura projetados para trabalhar com aço galvanizado, mas não inclui toda as combinações. Consulte seu fornecedor.
1. Wash Primer + Látex Acrílico

2. Wash Primer + Cobertura com Acrílico com base solvente

3. Wash Primer + Cobertura Epóxi

4. Epóxi Primer + Cobertura com Látex Acrílico

5. Epóxi Primer + Cobertura com Acrílico com base solvente

6. Epóxi Primer + Cobertura Epóxi

7. Epóxi Primer + Cobertura Poliuretano

8. Primer Inorgânico com zinco + Cobertura Epóxi

9. Primer Inorgânico com zinco + Cobertura Intermediária Epóxi e Cobertura Poliuretano.
10.Primer Acrílico em base água + Cobertura acrílica base água.

Fonte: ABCEM

Publicado na Edição 77 da Revista Construção Metálica, Editada pela ABCEM

Revestimentos Protetores - Corrosão

Os revestimentos protetores são aplicados sobre a superfície metálica, constituindo-se fundamentalmente numa barreira entre o metal e o meio corrosivo. Além do mecanismo básico de barreira, os revestimentos podem dar proteção por outros meios, tais como, proteção catódica e passivação. Os principais tipos de revestimentos empregados no combate e controle da corrosão são classificados em:

- revestimentos orgânicos;
- revestimentos inorgânicos;
- revestimentos metálicos.

Formas e Taxas de Corrosão

As formas segundo as quais a corrosão pode manifestar-se, são definidas principalmente pela aparência da superfície corroída, sendo as principais:
- Corrosão uniforme
Quando a corrosão se processa de modo aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada. Esta forma é comum em metais que não formam películas protetoras como resultado do ataque.
- Corrosão por Placas
Quando produtos de corrosão formam-se em placas que se desprendem progressivamente. É comum em metais que formam películas inicialmente protetoras, mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perdem aderência, expondo o metal ao novo ataque.
- Corrosão alveolar
Quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob forma localizada, com aspecto de crateras. É freqüente em metais formadores de películas semi-protetoras, ou quando se tem corrosão sob depósito, como no caso da corrosão por aeração diferencial.
- Corrosão por Pite
Quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de alta intensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordos angulosos. A corrosão por pite é freqüente em metais formadores de películas protetoras, em geral passivas, que, sob a ação de certos agentes agressivos, são destruídas em pontos localizados, os quais tornam-se ativos, possibilitando corrosão muito intensa. Exemplo comum é representado pelos aços inoxidáveis austeníticos em meios que contém cloretos.
- Corrosão intergranular ou intercristalina
Quando o ataque se manifesta no contorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeniticos sensitizados, expostos a meios corrosivos.
- Corrosão Transgranular ou Transcristalina
Quando o fenômeno se manifesta sob a forma de trincas, que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no caso da corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeniticos.

As taxas de corrosão expressam a velocidade do desgaste verificado na superfície metálica. A avaliação correta das taxas de corrosão é, de modo geral, de grande importância para a determinação da vida útil provável, de equipamentos e instalações industriais. Os valores das taxas de corrosão podem ser expressos por meio da redução de espessura do material por unidade de tempo, em mm/ano ou em perda de massa por unidade de área, por unidade de tempo, por exemplo mg/dm2/dia (mdd).

Corrosão em Concreto

A corrosão em concreto abrange, principalmente, os processos corrosivos que incidem na ferragem do reforço do concreto armado, e alguns casos de deterioração da própria argamassa do cimento. Esta ferragem está sujeita a corrosão, tanto em estruturas aéreas como nas submersas e enterradas. O ataque é devido à infiltração de umidade que alcança o metal, o que é muito facilitado no caso de pequenas espessuras de recobrimento da armadura do concreto. No caso de concreto com baixa porosidade e alta espessura de recobrimento da armadura, havendo pequena infiltração de umidade esta não chegará a constituir problema, porque a basicidade do concreto pode neutralizar a sua ação agressiva. As atmosferas sulfurosas podem atacar os cimentos ricos em alumínio tricálcio (3CaO.Al2O3) e, além de deteriorar o concreto, acabam por expor a ferragem ao meio, intensificando o processo de degradação da estrutura.

CORROSÃO POR CAVITAÇÃO

O dano por cavitação é uma forma de corrosão-erosão de superfícies metálicas, associada ao colapso de bolhas de vapor ou "cavidades" em líquidos em rápido movimento.

Fatores que influenciam o dano por cavitação

A extensão do dano por cavitação depende de:

1 – Meio fluido

1.1 – Teor de ar: O teor de ar (disperso, não dissolvido), que varia de um líquido para o outro, influencia os efeitos de cavitação. Testes de laboratório têm mostrado que é difícil produzir cavitação em água a altas pressões, e contendo ar disperso.

1.2 – Temperatura do fluido: A temperatura do fluido influencia a cavitação, mas de uma maneira complexa. Na água, o dano por cavitação aumente com a temperatura até 50ºC, e está influência tem sido atribuída ao colapso mais forte das cavidades. Acima de 50ºC, diminui o dano.

1.3 – Natureza do líquido: Constatou-se que a extensão do ataque por cavitação em líquidos não iônicos, tais como tolueno, é menor que em água, e isto vem sendo atribuído à influência da pressão de vapor do líquido.

2 – Material

2.1 – Materiais com alta dureza e alto limite de resistência à tração são conhecidos como resistentes à deformação e erosão, devido aos colapsos das cavidades em suas proximidades.

Prevenção do dano por Cavitação

1 – O dano por cavitação pode ser reduzido variando-se o projeto a fim de minimizar as diferenças de pressão hidrodinâmicas em processos com fluidos. Superfícies de baixa rugosidade reduzem o dano, devido ao fato de não proverem regiões para as cavidades se situarem.

2 – Injeção de bolhas de ar em fluidos previnem efetivamente a cavitação, devido ao efeito de amortecimento, após a quebra das cavidades.

3 – Aumento da temperatura do fluido (onde possível), acima de 50ºC, diminui o dano.

4 – Adição de inibidores a sistemas de circulação fechados diminui a intensidade do ataque. Bicromato de sódio, nitretos e fosfatos são usados como inibidores.

5 – O dano por cavitação pode ser reduzido usando-se materiais com maior dureza e limite de resistência à tração. Estelitas (ligas de Co, Cr e W) com durezas muito altas têm sido observadas resistir ao dano por cavitação. Aços inoxidáveis austeníticos também têm sido usados efetivamente. Materiais tais como borrachas e elastrômeros, que possuem alta resiliência, também podem ser usados.

6 – Proteção catódica de um sistema pode ser empregada para reduzir os efeitos da cavitação. A formação de bolhas de hidrogênio sobre a superfície metálica ajuda a amortecer as ondas de choque, produzidas durante o processo.

Fonte: Corrosão e seu Controle – Autor: Lalgudi V. Ramanathan

SÉRIES GALVÂNICAS DE ALGUNS METAIS E LIGAS COMERCIAIS EM ÁGUA DO MAR

Nobre ou Catódico:

Platina

Ouro

Grafite

Titânio

Prata

Hastelloy C (62 Ni, 17Cr, 15 Mo)

Aço Inoxidável (18Cr, 8Ni contendo Mo)(passivo)

Aço Inoxidável (18Cr, 8Ni)(passivo)

Aço Inoxidável contendo 11-30%Cr (passivo)

Inconel (passivo) (80 Ni, 13 Cr, 7 Fe)

Níquel (passivo)

Solda Prata

Monel (70 Ni, 30 Cu)

Cuproníquel (60-90 Cu, 40-10 Ni)

Bronze (Cu-Sn)

Cobre

Latão (Cu-Zn)

Hastelloy C (60 Ni, 30Mo, 6 Fe, 1Mn)

Inconel (ativo)

Níquel (ativo)

Estanho

Chumbo

Soldas de chumbo-estanho

Aço Inoxidável (18Cr, 8Ni contendo Mo)(ativo)

Aço Inoxidável (18Cr, 8Ni)(ativo)

Ativo ou Anódico

Ni-Resist. (ferro fundido com alto Ni)

Aço inoxidável contendo 13% Cr (ativo)

Ferro fundido

Aço ou ferro

Alumínio 2024 (4,5 Cu, 1,5Mg, 0,6 Mn)

Cádmo

Alumínio comercialmente puro (1100)

Zinco

Magnésio e ligas de magnésio

EVITE O CONTATO ELÉTRICO ENTRE METAIS E LIGAS DIFERENTES

Evite todos os pares bimetálicos possíveis. Não é verdadeiro dizer que a junção de metais distantes na série galvânica provocará problemas de corrosão. Existem inúmeros exemplos de metais ou ligas conectados elétricamente que nunca apresentaram problemas. A corrosão só acontecerá se uma cela galvânica for formada, isto é, se houver dois metais ou ligas situados distantes na série galvânica conectados elétricamente e imersos em um mesmo eletrólito.

Os efeitos galvânicos acontecem quando a diferença de potencial medida (com um multímetro, p.ex.) entre os dois metais ou ligas imersos no mesmo eletrólito particular supera os 0,05 V.

O meio mais comum de se prevenir da corrosão galvânica é intercalar, entre os dois metais ou ligas, um isolante elétrico. Dentre os muitos compostos orgânicos existentes no mercado alguns resistem às altas pressões de contato exigidas em muitas situações. É importante ressaltar que o material isolante não deve ser poroso, pois ele poderia absorver água e propiciar a formação da corrosão por frestas. A utilização de juntas coladas auxilia em muito a prevenção da corrosão galvânica, impedindo o ingresso de eletrólitos. Algumas vezes é conveniente introduzir uma peça intermediária, que pode ser facilmente substituída ou então que tenha um potencial intermediário. Um exemplos desta última situação é o do uso de arruelas de zinco entre parafusos de aço conectando chapas de alumínio.

Outra solução possível é a utilização de pintura. Recomenda-se pintar os componentes mais nobre e os menos nobre. Caso não se possa pintar todo o conjunto, recomenda-se pintar o membro mais nobre do par galvânico (membro catódico); a pintura do membro menos nobre (anódico) pode agravar a situação, pois ela poderá levar ao intenso ataque por pites nos poros do revestimento.

ZINCAGEM

O processo de corrosão dos metais está diretamente relacionado com o potencial de oxidação de eletrodo, que remove os elétrons do ferro formando cátions Fe++, quanto mais positivo for o potencial de oxidação, mais reativo é o metal.

A proteção pelo uso de zinco consiste em combinar o zinco com o ferro, resultando no zinco como anodo e o ferro como cátodo, prevenindo assim a corrosão do ferro, uma vez que o zinco atua como uma barreira protetora evitando a entrada de água e ar atmosférico, além de sofrer corrosão antes do ferro.

Este tratamento garante à peça uma maior durabilidade, já que a corrosão do zinco é de 10 a 50 vezes menor que no aço em área industriais e rurais, e de 50 a 350 vezes em áreas marinhas.

GALVANIZAÇÃO

A galvanização é o processo de zincagem por imersão a quente, que consiste na imersão da peça em um recipiente com zinco fundido a 460°C.

O zinco adere à superfície do aço através da formação de uma camada de liga Fe-Zn, sobre a qual deposita-se uma camada de zinco pura de espessura correspondente a agressividade do meio a qual a peça será submetida.

Para garantir uma proteção ainda maior contra a corrosão costuma-se aplicar tintas sobre as superfícies zincadas.