Corrosão galvânica: como funciona e o papel dos primers ricos em zinco na proteção

A corrosão galvânica ocorre quando dois metais diferentes estão em contato elétrico na presença de um eletrólito, normalmente água com íons dissolvidos. O metal menos nobre corrói preferencialmente, enquanto o mais nobre é protegido. Em estruturas industriais e marítimas, a corrosão galvânica nas conexões do aço com outros metais é um modo de falha comum e previsível. O mesmo princípio é aproveitado deliberadamente nos primers ricos em zinco para dar proteção catódica ao aço. Este artigo explica o mecanismo, os fatores que controlam sua severidade, como preveni-la em juntas de metais diferentes e o que os primers ricos em zinco exigem da preparação de superfícies.

A base eletroquímica da corrosão galvânica

Quando dois metais diferentes são conectados em um eletrólito, formam uma célula galvânica: uma célula eletroquímica em que a diferença de potencial de eletrodo entre os dois metais gera uma corrente. O metal com o potencial de eletrodo mais baixo (mais negativo) torna-se o ânodo: é oxidado e corrói. O metal com o potencial mais alto (mais positivo, mais nobre) torna-se o cátodo e é protegido. Para uma visão mais ampla de como a corrosão e a ferrugem se relacionam, veja ferrugem x corrosão.

A série galvânica classifica metais e ligas em água do mar, do mais ativo (anódico) ao mais nobre (catódico). Posições-chave relevantes para aplicações estruturais:

A ordem exata depende do eletrólito e da temperatura; por isso, a série em água do mar é um guia, e não uma regra fixa para todos os ambientes.

O que controla a severidade da corrosão galvânica?

A diferença de potencial entre os dois metais é a força motriz termodinâmica, mas a velocidade da corrosão galvânica é controlada por vários fatores práticos:

• Condutividade do eletrólito: a corrosão galvânica é mais severa em água do mar (alta condutividade) do que em água doce (condutividade menor) ou no solo (variável). Os ambientes offshore e marinhos são, portanto, os mais agressivos.
• Relação de áreas: a razão entre a área do cátodo e a do ânodo é crítica. Um ânodo pequeno conectado a um cátodo grande corrói muito mais rápido do que se as áreas fossem iguais, porque toda a corrente catódica se concentra no ânodo pequeno. Um parafuso de aço em uma chapa de cobre corrói rapidamente; um parafuso de cobre em uma chapa de aço ataca o aço ao redor de forma muito mais lenta. A TWI recomenda manter grande a razão entre a área do ânodo e a do cátodo, acima de 10 sempre que possível.
• Geometria e distância: o ataque se concentra na junção entre os dois metais e diminui com a distância, principalmente em eletrólitos de menor condutividade.
• Temperatura: temperaturas mais altas geralmente aumentam as taxas de corrosão por elevarem a condutividade do eletrólito e a cinética das reações.

Cenários comuns de corrosão galvânica em estruturas industriais

• Conexões aço–alumínio: fixadores de aço-carbono em elementos de alumínio (ou vice-versa) em ambientes marinhos ou offshore. O alumínio é o ânodo e sofre pites ao redor do fixador de aço.
• Conexões aço–aço inoxidável: corrimãos, grades ou acessórios de aço inoxidável conectados ao aço-carbono estrutural. O aço-carbono corrói na interface, uma falha comum na construção costeira.
• Conexões de aterramento aço–cobre: condutores de aterramento de cobre fixados em elementos de aço podem provocar ataque galvânico ao aço no ponto de conexão.
• Tubulações aço–cobre: em instalações prediais, a tubulação de aço conectada ao cobre corrói na transição.
• Ânodos de sacrifício em jaquetas offshore: aqui o efeito é usado deliberadamente. Ânodos de alumínio ou zinco conectados a uma jaqueta de aço-carbono corroem preferencialmente e protegem o aço.

Como os primers ricos em zinco usam a proteção galvânica?

O princípio que danifica o aço quando ele está conectado a um metal mais nobre protege o aço quando ele está conectado a um metal mais ativo, especificamente o zinco. Os primers ricos em zinco carregam uma carga muito alta de pó de zinco na película seca, dispersa em um ligante orgânico (geralmente epóxi) ou inorgânico (silicato). A SSPC-Paint 20 os classifica pelo pó de zinco na película seca, em peso: Nível 1 com 85% ou mais, Nível 2 de 77% a menos de 85% e Nível 3 (“zinco reduzido”) de 65% a menos de 77%. A ISO 12944 considera um primer rico em zinco quando a película seca contém mais de 80% de pó de zinco.

O mecanismo de proteção: quando o revestimento é rompido por dano mecânico, defeito ou falha de borda, as partículas de zinco ficam expostas ao ambiente e formam pares galvânicos com o aço. O zinco é o ânodo e o aço é o cátodo; assim, o zinco corrói preferencialmente e protege o aço no ponto da ruptura e ao redor dele. Essa proteção catódica é a propriedade definidora dos primers ricos em zinco e os distingue dos primers epóxi apenas de barreira.

É por isso que os primers ricos em zinco são especificados para proteção anticorrosiva exigente: estruturas offshore, grandes pontes, torres de turbinas eólicas e plantas industriais em ambientes C4 e C5 da ISO 12944. Mesmo após um dano mecânico, um sistema rico em zinco continua a proteger localmente o aço exposto, em vez de deixar a corrosão começar imediatamente no defeito. Para ver onde os primers de zinco se situam entre os demais sistemas, veja revestimentos industriais: tipos, sistemas e preparação de superfícies.

Requisitos de preparação de superfície para sistemas com primer rico em zinco

A proteção galvânica de um primer rico em zinco depende do contato elétrico entre as partículas de zinco e o aço. A contaminação que interrompe esse contato, como ferrugem residual, carepa de laminação, óleo ou sais solúveis, reduz a proteção que o primer pode oferecer. É por isso que os primers ricos em zinco têm alguns dos requisitos de preparação de superfície mais rigorosos entre todos os revestimentos industriais. Os valores abaixo são típicos; a ficha técnica do produto (TDS) e a especificação do projeto sempre prevalecem.

Primers orgânicos ricos em zinco (ligante epóxi)

• Preparação de superfície típica: limpeza por jateamento abrasivo até SSPC-SP 10 / Sa 2½ (metal quase branco). Alguns produtos aceitam outros graus em reparos de manutenção; consulte a TDS.
• Perfil de ancoragem: conforme indicado na TDS, tipicamente um perfil agudo e angular, na casa das dezenas de micrômetros
• O ligante epóxi adere mecanicamente ao perfil, enquanto a ação galvânica exige contato elétrico zinco com zinco e zinco com aço através da película
• Aplicar um primer orgânico rico em zinco sobre uma preparação inadequada encurta significativamente seu período efetivo de proteção

Primers de silicato de zinco inorgânico

• Preparação de superfície típica: SSPC-SP 10 / Sa 2½ a SSPC-SP 5 / Sa 3. A maioria dos fabricantes especifica SP 10 como mínimo; algumas especificações de projeto exigem SP 5 para exposição severa.
• Perfil de ancoragem: conforme indicado na TDS, obtido com abrasivo angular para maximizar a ligação mecânica
• O ligante de silicato cura por hidrólise e condensação e geralmente é descrito como aderindo quimicamente à superfície limpa do aço. A contaminação entre o ligante e o aço impede que essa ligação se forme corretamente.
• O silicato de zinco inorgânico é o primer mais exigente quanto à preparação de superfície. Sobre uma preparação inadequada, é propenso a má aderência e descolamento, perdendo tanto a função de barreira quanto a galvânica.

Limites de sais solúveis para sistemas ricos em zinco

A contaminação por sais solúveis sob um primer rico em zinco pode causar empolamento osmótico, independentemente da proteção galvânica que o zinco oferece. O limite aceitável é definido pela especificação do projeto ou pelo fabricante do revestimento, e o serviço em imersão normalmente exige um limite mais baixo do que a exposição atmosférica. Meça antes da aplicação do primer com a extração por patch de Bresle (ISO 8502-6) e a determinação condutométrica (ISO 8502-9), que expressam os sais em mg/m² de equivalente NaCl. Mais detalhes em nosso artigo sobre contaminação por sais solúveis e falha de revestimento.

Quando o jateamento não é possível

Em reparos de manutenção de sistemas ricos em zinco nos quais o jateamento abrasivo está excluído, o fabricante do revestimento decide qual preparação alternativa é aceitável. O bristle blasting com o Bristle Blaster® proporciona limpeza comparável a Sa 2½ / SSPC-SP 10 e um perfil de ancoragem de 65–85 µm Rz em aço padrão em ensaios documentados, com resultados que variam conforme o tipo de aço, o grau de ferrugem, a correia e a técnica. Confirme a aceitação com o fabricante do primer antes de especificá-lo para um sistema rico em zinco.

Como prevenir a corrosão galvânica em conexões de metais diferentes

Quando metais diferentes precisam ser unidos em ambientes corrosivos, as principais medidas de mitigação são:

• Isolamento elétrico: luvas, juntas e arruelas isolantes interrompem o caminho elétrico para que a célula galvânica não se forme. É muito eficaz, mas precisa ser previsto em projeto, e os componentes de isolamento precisam de manutenção.
• Revestir o cátodo, ou ambos os metais: revestir o metal mais nobre reduz a área catódica disponível para alimentar a reação. Nunca revista apenas o ânodo: uma falha (holiday) nesse revestimento cria um ânodo muito pequeno ao lado de um cátodo grande e sem proteção, concentrando o ataque no defeito. A TWI observa que o revestimento do cátodo é o mais importante e deve ser mantido em bom estado.
• Ânodos de sacrifício: um metal mais ativo (ânodos de alumínio ou zinco em estruturas offshore) proporciona proteção catódica ao aço sem fonte de alimentação externa.
• Excluir o eletrólito: vedar as juntas e prever drenagem mantém a água fora da fresta entre os metais.
• Seleção de materiais: escolher metais próximos entre si na série galvânica minimiza a força motriz.

Principais conclusões

• A corrosão galvânica ocorre quando metais diferentes estão acoplados eletricamente em um eletrólito. O ânodo corrói; o cátodo é protegido. A severidade é controlada pela diferença de potencial, pela condutividade do eletrólito e pela relação de áreas cátodo/ânodo.
• Os primers ricos em zinco usam o princípio galvânico deliberadamente: o zinco se corrói de forma sacrificial para proteger o aço nos defeitos do revestimento. É isso que os distingue dos primers apenas de barreira.
• Os primers ricos em zinco normalmente são aplicados em aço limpo por jateamento, tipicamente SSPC-SP 10 / Sa 2½ no mínimo, sendo os silicatos de zinco inorgânicos os mais exigentes. Esses requisitos decorrem do mecanismo, e não de uma redação conservadora da especificação.
• Sais solúveis sob primers ricos em zinco podem causar empolamento osmótico mesmo quando a função galvânica do zinco está intacta. Ensaie e controle os níveis de sais antes da aplicação do primer.
• Em conexões de metais diferentes, isole os metais, revista o cátodo (ou ambos os metais, nunca apenas o ânodo) e use ânodos de sacrifício quando apropriado.

Artigos relacionados

• Guia completo das normas de preparação de superfícies SSPC
• Revestimentos resistentes à corrosão: por que a preparação de superfície determina se funcionam
• SSPC-SP10 Jateamento ao metal quase branco: o guia técnico completo

Perguntas frequentes

O que causa a corrosão galvânica?

Três condições em conjunto: dois metais com potenciais de eletrodo diferentes, uma conexão elétrica entre eles e um eletrólito compartilhado, como água do mar ou condensação. O metal mais ativo torna-se o ânodo e corrói mais rápido do que corroeria sozinho, enquanto o metal mais nobre é protegido. Elimine qualquer uma das três e a célula galvânica deixa de funcionar.

Devemos revestir o ânodo ou o cátodo para evitar a corrosão galvânica?

Revista o cátodo, o metal mais nobre, ou revista ambos. Revestir somente o ânodo é arriscado: qualquer falha (holiday) nesse revestimento se torna um ânodo muito pequeno conectado a um cátodo grande e nu, o que concentra o ataque. A TWI observa que o revestimento do cátodo é o mais importante e deve ser mantido em bom estado.

Quanto zinco contém um primer rico em zinco?

A SSPC-Paint 20 classifica os primers ricos em zinco pelo pó de zinco na película seca, em peso: Nível 1 com 85% ou mais, Nível 2 de 77% a menos de 85% e Nível 3 (zinco reduzido) de 65% a menos de 77%. A ISO 12944 considera os primers ricos em zinco quando há mais de 80% de pó de zinco na película seca.

Que preparação de superfície os primers ricos em zinco exigem?

Os primers ricos em zinco normalmente são aplicados em aço limpo por jateamento, tipicamente no mínimo Sa 2½ / SSPC-SP 10, com um perfil de superfície definido pela ficha técnica. Os silicatos de zinco inorgânicos são os mais exigentes. Alguns epóxis ricos em zinco orgânicos aceitam outros graus em trabalhos de reparo; por isso, siga sempre a ficha técnica do produto e a especificação do projeto.