A oxidação é um dos principais mecanismos de desgastes encontrados na indústria. Quando não controlada, ela reduz a vida útil de componentes, aumenta a frequência de falhas e gera necessidade de substituição de peças, com consequente aumento dos custos de manutenção.
Em ambientes industriais, especialmente quando há presença de umidade, temperatura e agentes químicos, entender como a oxidação ocorre é importantíssimo para o gestor de manutenção conseguir gerar soluções assertivas que aumentam a vida útil das peças com confiabilidade.
O que é oxidação?
Você sabe como se desenvolve o processo de oxidação de uma superfície? A oxidação é uma reação química que envolve a perda de elétrons por um átomo ou íon em contato com um agente oxidante, geralmente oxigênio. A oxidação não se limita a metais e pode ocorrer em uma variedade de substâncias, incluindo gases e compostos orgânicos. No contexto industrial, a oxidação é mais conhecida pela reação entre metais e oxigênio do ar, formando uma camada de óxidos na superfície do material.
Exemplo Clássico:
Ferrugem – Quando o ferro entra em contato com o oxigênio e a umidade, forma-se óxido de ferro hidratado, conhecido como ferrugem.
Importante: Em alguns casos, a oxidação pode ser benéfica, formando uma camada passiva protetiva, como o óxido de alumínio (Al₂O₃), que protege a superfície do metal contra danos adicionais.
Características da Oxidação
- Pode ou não ser acompanhada de degradação significativa do material.
- Ocorre em metais expostos ao ar e/ou a altas temperaturas.
- É uma parte do processo mais amplo de corrosão, mas pode ocorrer isoladamente sem grandes danos.
Por que a oxidação é um problema na indústria?
A oxidação não é meramente um fenômeno superficial. Ela está diretamente relacionada à falhas operacionais que prejudicam todos os indicadores de manutenção, assim como os seus custos.
Entre os principais impactos relacionados com esse mecanismo de desgaste, podemos destacar a a perda das propriedades mecânicas de componentes, redução de vida útil, falas prematuras, maiores custos de manutenção, assim como a redução da eficiência de equipamentos.
Em muitos casos, o custo do processo de oxidação não está somente na peça em si, mas no impacto na produção e disponibilidade dos ativos industriais.
Onde a Oxidação é Encontrada
A oxidação é um problema comum em diversos setores da indústria, principalmente naqueles em que componentes metálicos estão expostos a condições severas. Vamos ver onde podemos encontrar esse mecanismo de desgaste em cada segmento da indústria.
Siderurgia
A oxidação de superfície é encontrada em Fornos e sistemas de transporte submetidos a altas temperaturas.
Mineração e Cimento
A oxidação é encontrada em equipamentos como correias transportadoras e trituradores, frequentemente expostos ao ar e poeira abrasiva.
Agronegócio
A oxidação é também amplamente encontrada nos processos do agronegócio, em peças de maquinário que fica em contato constante com umidade, fertilizantes e produtos químicos.
Petróleo e Gás
A oxidação é encontrada em Tubulações e componentes submersos ou expostos a atmosferas corrosivas.
Termelétricas
Encontrada em superfícies que ficam expostas à temperaturas elevadas, como em tubulações de caldeira, válvulas de bloqueio de vapor de turbinas, entre outros
Você conhece as formas de Oxidação?
Existem diferentes formas de oxidação que podem afetar os componentes industriais. Conhecer essas diferenças é muito importante para quem está trabalhando em uma especificação de material para suportar esse ambiente. É ele quem vai determinar a assertividade da escolha do material mais apropriado para o meio.
Oxidação a alta temperatura:
Esse tipo de oxidação ocorre quando componentes metálicos operam em ambientes com temperaturas superiores a 300°C, como em fornos, caldeiras e turbinas. Acima dessas temperaturas, a reação gerada entre o oxigênio e o metal é acelerada, formando uma camada de óxido que é então removida da superfície, expondo novas camadas metálicas à esse mecanismo de desgaste. O processo contínuo de oxidação leva à fragilização estrutural e à perda das propriedades dos materiais.
Oxidação atmosférica:
Comum em ambientes onde os componentes ficam expostos ao ar e à umidade, esse tipo de oxidação é caracterizado pela formação de ferrugem (óxido de ferro) na superfície de peças, especialmente naquelas fabricadas em aço carbono. Embora inicial, a ferrugem pode se propagar rapidamente, comprometendo a vida útil de engrenagens, eixos, e outros componentes de maquinário.
Corrosão galvânica:
Esse fenômeno ocorre quando dois metais diferentes estão em contato, com a presença de um eletrólito (como água ou produtos químicos). O metal menos nobre sofre oxidação acelerada, prejudicando componentes como válvulas, juntas e conexões em maquinários industriais.
Qual a diferença entre oxidação e corrosão?
A oxidação é uma reação química. Nas indústrias, a oxidação é conhecida por reações da superfície com o oxigênio, como a ferrugem, por exemplo, que é uma reação do ferro com umidade e o oxigênio.
A corrosão é um processo mais complexo, normalmente eletroquímico, que leva à deterioração do material. Em alguns casos, ela acaba sendo benéfica, como no caso da corrosão do alumínio, que cria uma camada de óxido de alumínio na superfície que mantém a integridade do componente.
Toda corrosão envolve oxidação, mas nem toda oxidação leva a superfície necessariamente para uma corrosão severa.
O que vemos normalmente nas indústrias de praticamente todos os segmentos é que esses dois fenômenos estão combinados e devem ser tratados de forma conjunta.
Como identificar problemas de oxidação em componentes?
Identificar o desgaste por oxidação em componentes pode ser simples se alguns sinais forem observados. E nesse caso, o trabalho preventivo acaba sendo muito mais barato para a empresa. Normalmente, quando o processo de oxidação é iniciado, a superfície apresenta uma mudança de coloração e começa ter formação de óxidos ou ferrugem. Em seguida, é possível identificar descascamentos e perda de material. Em alguns casos, o equipamento pode apresentar perda de eficiência e, em casos mais severos, ocorrem falhas com bastante frequência.
Como prevenir a oxidação em componentes industriais?
Prevenir a oxidação na teoria, parece bastante fácil. Mas em muitos casos acaba sendo complexo devido à grande quantidade de variáveis envolvidas. Basicamente são três as estratégias a serem seguidas.
A primeira estratégia é realizar uma correta seleção de materiais para fabricação do componente. Entender o meio é o primeiro passo pra que as escolhas sejam mais assertivas.
A segunda estratégia é controlar ou melhorar o controle de parâmetros operacionais. Claro, em muitos casos essas ações não são possíveis por que o processo é assim.
A terceira estratégia é a utilização de barreiras protetoras para evitar que o meio tenha contato com a superfície do componente. Nesse caso, os revestimentos industriais estão sendo cada vez mais utilizados para esse fim.
Como os revestimentos industriais podem reduzir a oxidação?
Os revestimentos industriais criam uma barreira física entre o meio de trabalho e o substrato do componente e acabam reduzindo ou impedindo a reação com o oxigênio, umidade e agentes químicos.
Além disso, permitem que a superfície do componente seja customizada ao meio de trabalho, o que vai garantir uma maior tempo médio entre falhas (MTBF).
Tecnologias utilizadas para proteção contra oxidação.
A Rijeza oferece revestimentos contra desgastes para proteger superfícies de componentes e aumentar a durabilidade e, consequentemente a disponibilidade de equipamentos, com confiabilidade na manutenção. Esses revestimentos são aplicados por processos de Aspersão Térmica, Laser Cladding e PTA. Esses processos estão sendo cada vez mais utilizados de maneira estratégica pelas engenharias de produto e de manutenção de empresas de todos os segmentos industriais.
Aspersão Térmica
O processo de deposição de revestimentos por aspersão térmica consiste na aplicação de revestimentos por projeção de partículas em alta velocidade, na superfície do componente. Esse revestimento cria uma barreira física entre o metal e o ambiente, impedindo o contato direto com o oxigênio e reduzindo significativamente a taxa de oxidação. É ideal para aplicações em altas temperaturas, como fornos e turbinas.
Laser Cladding
O processo de deposição de revestimentos por Laser Cladding permite de camadas finas unidas metalurgicamente ao substrato, formando um revestimento denso, extremamente resistente à oxidação e à abrasão. Essa tecnologia é ideal para equipamentos expostos a condições severas, como mineração e petróleo e gás, onde a proteção precisa ser robusta e duradoura.
PTA (Plasma Transferred Arc)
No processo de depositção por PTA é possível realizar a aplicação de revestimentos com alto teor de ligas resistentes à oxidação, como cobalto e níquel. Essa técnica é utilizada para componentes que precisam de alta resistência tanto à corrosão quanto ao desgaste mecânico, como válvulas e mancais que trabalham expostos à ambientes químicos agressivos.
Revestimentos Eficazes no Combate à Oxidação
A escolha da liga certa é fundamental para criar uma barreira eficiente contra a oxidação, especialmente em ambientes industriais severos. Abaixo estão algumas das ligas mais utilizadas em revestimentos contra oxidação, cada uma com propriedades específicas para diferentes condições operacionais. Mas não esqueça, para ser assertivo na escolha é muito importante conhecer o processo de como se desenvolve a oxidação. Na dúvida, retorne para os conceitos básicos desse mecanismo de desgaste.
Ligas de Níquel (Ni)
As ligas de níquel são amplamente utilizadas por sua excelente resistência à corrosão e oxidação em ambientes de alta temperatura e exposição química. Ela é aplicada especialmente em peças de fornos industriais, turbinas a gás e trocadores de calor. É aplicável também em equipamentos expostos à ácidos e soluções químicas agressivas, além de componentes submetidos a ciclos térmicos frequentes.
Exemplos de Ligas:
Inconel 625® (Ni-Cr-Fe): Alta resistência a oxidação e fluência em temperaturas elevadas.
Hastelloy® (Ni-Mo-Cr): Excelente resistência à oxidação e corrosão química, especialmente em ambientes ácidos.
Benefícios: Esses revestimentos conseguem manter a proteção do material mesmo em temperaturas superiores a 1000ºC, com boa aderência e estabilidade, mesmo quando submetidos à tensões térmicas.
Ligas de Cobalto (Co)
As ligas de cobalto são conhecidas por sua resistência extremamente alta à oxidação e ao desgaste por abrasão, sendo ideais para componentes que precisam suportar tanto alta temperatura quanto impacto mecânico.
Entre as principais aplicações dos revestimentos com essas composições estão as válvulas de esfera, turbinas e componentes de caldeiras, especialmente nas indústrias de petroquímicas e de geração de energia.
Exemplos de Ligas:
Stellite 6® (Co-Cr-W): Resistente à oxidação, erosão e desgaste por abrasão. Esse revestimento pode ser aplicado tanto por aspersão térmica, como por laser cladding e PTA.
Tribaloy® (Co-Mo-Cr): Excelente desempenho em ambientes corrosivos e a alta temperatura. Além disso, esses materiais, por ter na sua composição o molibdênio, um excelente lubrificante sólido, se tornam ótimos para superfícies que trabalham com deslizamento.
Entre os principais benefícios desses revestimentos, pode-se destacar a alta resistência mecânica, mesmo em temperaturas acima de 800°C. São camada de proteção extremamente estáveis e resistentes à abrasão e ao impacto.
Aços Inoxidáveis (Fe-Cr-Ni)
Os aços inoxidáveis são compostos por uma alta concentração de cromo (Cr), que cria uma camada passiva de óxido de cromo na superfície do metal, protegendo-o da corrosão atmosférica e química.
As principais aplicaçoes associadas a esses revestimentos estão equipamentos agrícolas, sistemas de irrigação e máquinas de processamento de alimentos, além de tubulações e reservatórios de produtos químicos
Exemplos de Ligas:
Aço Inoxidável 316: Alta resistência à corrosão por cloretos, ideal para ambientes marinhos.
Aço Inoxidável 310: Resistente à oxidação a altas temperaturas.
Os principais benefícios desses revestimentos são a resistência à oxidação em ambientes úmidos e com variações térmicas moderadas. Eles possuem um ótimo custo-benefício para componentes que vão trabalhar em ambientes menos agressivos.
Revestimento de Alumínio (Al)
O revestimento de alumínio, quando exposto, cria uma camada de óxido de alumínio (Al₂O₃) que protege o metal da oxidação e do desgaste. Ele apresenta excelente resistência química e térmica. É também conhecido como revestimento TSA.
O revestimento de alumínio é aplicado por aspersão térmica e é amplamente utilizado em estruturas que ficam expostas a intempéries.
O grande benefício desse revestimento é a criação de uma camada estável, mesmo em condições extremas.
Ligas à Base de Cromo (Cr)
O cromo é um dos elementos mais eficazes na criação de camadas passivas de proteção contra a oxidação e a corrosão. Além disso, ele melhora a resistência ao desgaste, tornando-o essencial em aplicações de aspersão térmica e revestimentos por PTA.
As principais aplicações desses revestimentos estão em equipamentos sujeitos mecanismos de desgastes de abrasão e corrosão de forma simultânea.
Exemplos de Ligas:
Carbonetos de Cromo (Cr₃C₂): Usados para criar revestimentos resistentes à oxidação e abrasão.
O grande benefício do revestimento de carboneto de cromo é ele conseguir proteger superfícies da oxidação em ambientes severos de desgaste por abrasão. Ele possui uma excelente estabilidade quando submetido à temperaturas superiores a 500ºC.
Quando vale a pena proteger ou recuperar uma peça da oxidação?
Em muitos casos, talvez na grande maioria, a substituição acaba não sendo a melhor alternativa.
Componentes que sofrem com processo de oxidação frequente podem ser protegidos antes da falha, recuperados e/ou até mesmo customizados para poder trabalhar em ambientes específicos com maior durabilidade e confiabilidade. Isso reduz o custo de reposição, o tempo de parada e tem um impacto positivo muito grande na operação.
Como a Rijeza pode ajudar na redução da oxidação?
A Rijeza atua na aplicação de revestimentos contra desgastes e oxidação utilizando tecnologias modernas como Aspersão Térmica, Laser Cladding e PTA.
Cada aplicação é cuidadosamente avaliada e testada dentro do Centro de Pesquisa e Tecnologia pra garantir uma assertividade na escolha do melhor material para o meio de trabalho, tanto no que diz respeito aos aspectos técnicos quanto econômicos.
O principal objetivo não é somente proteger a peça, mas transformar esse desgaste em desempenho técnico e reduzir os custos de manutenção.
Fale com um especialista
Se voce está enfrentando problemas de oxidação superficial em componentes industriais, nossa equipe pode realizar uma avaliação e apresentar alternativas técnicas pra melhorar a disponibilidade dos equipamentos e ainda assim reduzir custos.
Solicite uma análise técnica da sua aplicação e descubra se é possível proteger o seu componente.
