Porque é que algumas ligas de alumínio se corroem mais facilmente e o que podemos fazer em relação a isso? Este artigo explora as causas e os tipos de corrosão nas ligas de alumínio da série 6000, centrando-se na corrosão intergranular. Os leitores ficarão a conhecer as várias formas de corrosão, as razões pelas quais as ligas da série 6000 são vulneráveis e as medidas práticas para prevenir estes problemas, garantindo um melhor desempenho e longevidade das estruturas de alumínio.
De acordo com os métodos convencionais de estimativa, a perda económica direta causada pela corrosão na China é de aproximadamente 3% do PIB anualmente, sendo o aço consumido pela corrosão responsável por cerca de um terço da produção anual, do qual cerca de um décimo não é reciclável.
A resistência à corrosão do alumínio e das ligas de alumínio é significativamente maior do que a do aço, levando a perdas por corrosão muito menores. No entanto, independentemente do material metálico ou do seu nível de resistência à corrosão, a perda por corrosão ocorrerá sempre, em certa medida, durante a utilização.
A perda anual de alumínio por corrosão é estimada em cerca de 0,5% da produção de alumínio para esse ano. Os tipos de corrosão que ocorrem no alumínio e nas ligas de alumínio incluem a corrosão por pite, corrosão intergranular, fissuração por corrosão sob tensão e corrosão em camadas.
As ligas de alumínio da série 6000 têm o maior rendimento entre as ligas de alumínio forjado. Embora a sua resistência à corrosão não seja tão boa como a das ligas de alumínio das séries 1000, 3000 e 5000, é ainda significativamente mais elevada do que a das ligas de alumínio das séries 2000 e 7000.
As ligas da série 6000 têm uma tendência relativamente elevada para a corrosão intergranular, pelo que é importante avaliar a sua sensibilidade à corrosão intergranular em estruturas críticas.
O aparecimento da corrosão no alumínio pode ser dividido em dois tipos: corrosão global e corrosão local.
A corrosão abrangente, também conhecida como corrosão uniforme, refere-se à perda que ocorre uniformemente na superfície do material quando este entra em contacto com o ambiente. Um exemplo de corrosão uniforme no alumínio é a corrosão que ocorre numa solução alcalina, como durante a lavagem alcalina.
O resultado de uma corrosão uniforme é que o superfície de alumínio A espessura do material torna-se mais fina a uma taxa relativamente consistente, levando a uma redução da massa. No entanto, deve notar-se que não existe uma corrosão absolutamente uniforme e que a diminuição da espessura pode variar em diferentes áreas.
A corrosão local refere-se à corrosão que está limitada a áreas ou partes específicas da estrutura. Este tipo de corrosão pode ainda ser dividido em várias categorias, incluindo:
A corrosão por picadas ocorre em áreas isoladas da superfície metálica e resulta em pequenas cavidades ou buracos que podem crescer e eventualmente levar à perfuração.
Se o diâmetro da abertura da fossa for inferior à sua profundidade, designa-se por corrosão por picadas. Se o diâmetro da abertura do fosso for maior do que a sua profundidade, designa-se por erosão do fosso.
Não existe uma fronteira clara entre a corrosão por pite e a erosão por pite.
Um exemplo típico de corrosão por pite no alumínio é numa solução aquosa contendo cloreto.
A corrosão por pite é o tipo mais comum de corrosão no alumínio e é causada por diferenças de potencial entre certas áreas do alumínio e a matriz de alumínio, ou pela presença de impurezas com um potencial diferente do da matriz de alumínio.
Este tipo de corrosão afecta seletivamente os limites de grão do metal ou liga, sem causar uma erosão significativa dos grãos ou cristais. Resulta numa redução acentuada das propriedades mecânicas do material, conduzindo a danos estruturais ou falhas.
A corrosão intergranular ocorre quando certas condições resultam num aumento da atividade nos limites dos grãos, tais como impurezas nos limites dos grãos ou flutuações na concentração de elementos de liga nos limites dos grãos.
Por outras palavras, deve existir uma camada fina no limite do grão que está carregada electronegativamente em relação ao resto do alumínio, tornando-o mais suscetível à corrosão. Este tipo de corrosão pode ocorrer em alumínio de alta pureza em ácido clorídrico e água a alta temperatura. As ligas como AI Cu, AI Mg Si, Al Mg e Al Zn Mg são particularmente sensíveis à corrosão intergranular.
A corrosão galvânica é uma forma comum de corrosão no alumínio.
Quando dois metais com diferentes níveis de atividade, como o alumínio (o ânodo) e um metal menos ativo, entram em contacto no mesmo ambiente ou estão ligados através de um condutor, forma-se um par galvânico e a corrente flui, causando corrosão galvânica. Este tipo de corrosão é também conhecido como corrosão bimetálica ou corrosão por contacto.
O alumínio tem um potencial natural muito negativo e, quando entra em contacto com outros metais, é sempre o ânodo, o que acelera o processo de corrosão. Quase todo o alumínio e ligas de alumínio são susceptíveis à corrosão galvânica.
Quanto maior for a diferença de potencial entre os dois metais em contacto, mais grave será a corrosão galvânica. É importante notar que a relação da área de superfície é crítica na corrosão galvânica, e a combinação mais desfavorável é um cátodo grande e um ânodo pequeno.
A corrosão em fendas ocorre quando duas fendas iguais ou diferentes metais ou quando um metal entra em contacto com um não-metal, criando uma lacuna. A corrosão ocorre na lacuna ou perto dela devido à falta de oxigénio na zona, o que cria uma célula de concentração.
A corrosão em fendas não depende do tipo de liga e pode ocorrer mesmo em ligas altamente resistentes à corrosão. O ambiente ácido no topo da fenda é a força motriz por detrás da corrosão e é uma forma de corrosão sob sedimentos (incrustações).
Um exemplo de corrosão em fendas sob incrustações é a corrosão que ocorre sob argamassa na superfície da liga de construção 6063 perfis de alumínio.
A corrosão das juntas pode ser causada por lamas, incrustações e impurezas na superfície metálica das ligações das flanges, superfícies de fixação, superfícies de sobreposição, poros de soldadura, camadas de ferrugem e camadas de afundamento.
A fissuração por corrosão sob tensão é um tipo de corrosão que ocorre quando existe simultaneamente uma tensão de tração e um meio de corrosão específico. A tensão pode ser externa ou tensão residual no interior do metal, que podem ser causadas por factores como a deformação durante o processamento e o fabrico, alterações severas de temperatura durante a têmpera, ou alterações de volume resultantes de alterações na estrutura interna.
O tensão residual pode também ser causada por processos como a rebitagem, a fixação por parafusos, o ajuste por pressão e o ajuste por contração a frio.
Quando a tensão de tração na superfície metálica atinge o limite de elasticidade Rp0.2, ocorre a fissuração por corrosão sob tensão.
As ligas de alumínio das séries 2000 e 7000 podem produzir tensões residuais durante a têmpera, que devem ser eliminadas através de um pré-estiramento antes do tratamento de envelhecimento para evitar a deformação ou a introdução de tensões nas peças de aeronaves durante o processamento.
A corrosão em camadas, também conhecida como delaminação, fragmentação ou desnudação, é uma forma específica de corrosão que ocorre nas ligas das séries 2000, 5000, 6000 e 7000. É comummente observada em materiais extrudidos e, quando ocorre, pode descolar-se camada a camada, tal como a mica.
A corrosão filiforme é um tipo de corrosão rasteira que pode se desenvolver sob películas de tinta de alumínio ou outros revestimentos, mas não é encontrada sob películas de óxido anódico. Este tipo de corrosão é comummente encontrado em peças estruturais de alumínio de aeronaves e peças de alumínio estruturais ou de construção.
A ocorrência de corrosão filiforme é influenciada por factores como composição do materialO revestimento deve ser feito com um produto de alta qualidade, um pré-tratamento antes do revestimento e factores ambientais como a temperatura, a humidade e os níveis de cloreto.
O 6000 série de alumínio As ligas de alumínio da série 6000, que podem ser reforçadas através de tratamento térmico, são as ligas de alumínio forjado mais utilizadas atualmente. São as ligas Al Mg Si e Al Mg Si Cu e, em 2018, 126 das 706 ligas registadas na Aluminum Association, Inc. eram ligas da série 6000, representando 18%.
Estas ligas são amplamente utilizadas nos sectores da construção, estruturas e transportes devido à sua boa capacidade de processamento, resistência moderada e excelente resistência à corrosão. No entanto, se a relação de composição da liga não for adequada, se os parâmetros de tratamento térmico não forem corretamente seleccionados ou se o processamento e a conformação forem inadequados, pode ocorrer corrosão intergranular em ambientes que contenham cloro.
A maior parte da corrosão intergranular ocorre em ligas com uma pequena quantidade de cobre e uma elevada relação Si/Mg. Geralmente, o teor de cobre na maioria das ligas que contêm cobre não é superior a 0,4%, sendo que apenas quatro ligas, como a 6013, 6113, 6056 e 6156, têm um teor de cobre tão elevado como 1,1%. O cobre é adicionado às ligas de Al Mg Si para melhorar as propriedades mecânicas da liga.
A microscopia eletrónica de transmissão de varrimento de alta resolução revela que as camadas de segregação ricas em cobre e os precipitados catódicos da fase q são frequentemente encontrados em ligas com sensibilidade à corrosão intergranular. A fase q é uma fase intermetálica quaternária com a fórmula molecular Cu2Mg8Si5Al4que precipita ao longo do limite de grão, causando a dissolução anódica da solução sólida adjacente e formando uma zona livre de precipitados.
Existem dois métodos comuns para determinar a sensibilidade à corrosão intergranular das ligas de alumínio: ensaios de campo e ensaios acelerados de imersão. Nos ensaios acelerados, é frequentemente utilizada uma solução de cloreto de potássio contendo ácido clorídrico (método B da norma ISO 11846) ou uma solução de cloreto de potássio com peróxido de hidrogénio (ASTM G110) para acelerar o processo de corrosão.
Após o ensaio, a secção transversal da amostra é examinada através de metalografia ou é medida a perda de propriedades mecânicas. Os resultados do teste acelerado ISO 11846 são altamente consistentes com os resultados do teste de campo numa atmosfera marinha.
No entanto, durante o ensaio acelerado, quase todos os limites de grão próximos da superfície da amostra sofrem corrosão severa (corrosão intergranular uniforme), enquanto que no ensaio de campo, a superfície da amostra só sofre corrosão em áreas limitadas (corrosão local). Apesar desta diferença, o ensaio acelerado continua a ser um método padrão para avaliar com exatidão a presença de corrosão nos limites de grão dos materiais.
A indústria automóvel determina frequentemente se uma liga de alumínio da série 6000 tem corrosão intergranular de acordo com a norma ISO 11846 método B. Este método envolve a imersão de uma pequena amostra (área de superfície inferior a 20 cm2) numa solução ácida de cloreto de sódio à temperatura ambiente (pH = 1) durante 24 horas e, em seguida, a realização de uma inspeção metalográfica para determinar o tipo de corrosão (por pite ou intergranular).
É essencial determinar a extensão dos danos por corrosão superficial e a profundidade máxima de corrosão. Estudos recentes indicam que a introdução de algumas modificações significativas nas condições de ensaio não afectará significativamente a reprodutibilidade dos resultados.
A norma especifica que a relação entre o volume de eletrólito e a área de superfície da amostra não deve ser inferior a 5 ml/cm2, ou terá um impacto significativo na taxa de corrosão intergranular. Para que a superfície da amostra sofra corrosão, tem de haver uma reação catódica (precipitação de hidrogénio e redução de oxigénio) e o valor do pH da solução de ensaio tem de aumentar ao longo do tempo, conduzindo a uma diminuição da corrosão do eletrólito.
Das 8 séries de ligas de alumínio forjado, a liga da série 6000 é um tipo de liga de Al Mg Si (Cu, Zn) e é altamente suscetível à corrosão intergranular. Esta série tem uma elevada sensibilidade à corrosão intergranular.
Para testar a tendência de corrosão intergranular da liga da série 6000, o método mais eficaz é realizar o ataque alcalino de acordo com a norma ISO 11846 e, em seguida, realizar o tratamento de descontaminação usando solução de ácido nítrico concentrado. No entanto, os resultados podem ser afetados pelo condicionamento em solução de NaOH com uma temperatura de 50-60 ℃ e fração de massa de 5-10% por 2-5 minutos.
Uma alternativa mais eficaz ao ataque alcalino é a utilização de uma solução de ácido nítrico/ácido fluorídrico, que pode remover eficazmente o alumínio dos pontos de protoplastos ricos em ferro na superfície. As partículas de alumínio podem acelerar a corrosão das ligas de alumínio em soluções de cloreto, uma vez que são micro-cátodos locais e a fonte de corrosão intergranular.
A corrosão da liga em solução de ácido nítrico/fluoreto é mais lenta do que a corrosão em solução alcalina.
A liga da série 6000 não é apenas uma liga de alumínio deformada amplamente utilizada, com elevada produção e diversidade, mas é também uma das ligas deformadas com elevada sensibilidade à corrosão intergranular. No entanto, a corrosão intergranular pode ser evitada cumprindo rigorosamente as especificações do processo, especialmente o processo de tratamento térmico, e implementando um projeto estrutural razoável e excelentes práticas de fabrico.
A sensibilidade à corrosão intergranular das estruturas e componentes em liga de alumínio da série 6000 está também intimamente ligada ao seu ambiente de funcionamento. É essencial ter em conta a conceção das estruturas.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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