Pesquisadores de São Carlos, em parceria com uma empresa privada, deram um passo importante para entender como o campo magnético gerado por ímãs acelera ou retarda a corrosão metálica em equipamentos eletrônicos, agrícolas, industriais, hospitalares e outras estruturas. Com apenas uma placa de circuito impresso e uma câmera fotográfica nas mãos, eles demonstraram, em tempo real, que um ímã com campo magnético uniforme, ou seja, que tem a mesma intensidade em toda a região estudada, retarda a corrosão, enquanto um heterogêneo acelera o processo.

Ímãs, ou eletroímãs, são componentes comuns em aparelhos de uso diário e são amplamente utilizados em medicina, indústrias, transporte, agricultura, e sistemas de energia elétrica. Os processos corrosivos são responsáveis por gastos da ordem de trilhões de dólares anualmente, atingem mais de 3% do PIB de países industrializados e cerca de 4% no Brasil, afetam o meio ambiente liberando resíduos tóxicos e compromete a segurança das estruturas metálicas.

Por isso, esforços vêm sendo empregados para entender o fenômeno, a fim de reduzir os efeitos da corrosão, uma vez que não é possível eliminá-la. O estudo realizado pelos pesquisadores da Embrapa Instrumentação, em parceria com a Universidade de São Paulo e com a empresa LMA Magnet Consultancy, localizadas em São Carlos (SP), mostrou que há uma relação entre o tamanho da placa e o ímã.

Eles observaram que, quando a placa de cobre é bem menor do que o ímã, a corrosão ocorre de forma bem mais lenta do que sem ele. Mas quando é ao contrário, ímã menor que a placa, a corrosão acontece rapidamente nas bordas, onde o campo magnético do ímã é muito heterogêneo. Confira o efeito da corrosão em tempo real: https://youtu.be/i8zQ1p_K0HU

Pela lente da câmera, que pode até ser a de um celular, os pesquisadores conseguiram visualizar o efeito do ímã na deterioração da placa de metal. Outra vantagem do procedimento é que ele pode ser aplicado a outros metais e meios corrosivos. Assim, o estudo pode fornecer informações valiosas sobre o processo de corrosão na presença de campo magnético em diversas condições ambientais.

Muitos estudos apontaram que o campo magnético de um ímã pode retardar a corrosão metálica em ambiente natural, isto é, sem energia elétrica aplicada. No entanto, trabalhos mais recentes demostram que, em alguns casos, o efeito pode ser inverso, ou seja, o ímã pode acelerar a corrosão.

Embora diversas hipóteses tenham sido levantadas para explicar o motivo pelo qual um ímã pode tanto acelerar como retardar a corrosão, nenhuma delas havia sido comprovada experimentalmente até então. A principal causa seria a morosidade para medir a corrosão natural e, principalmente, o fato da maioria dos métodos de medição interferir no processo deste tipo de corrosão. 

Nesse sentido, o estudo realizado pela estudante de doutorado Cilhei Igreja Nascimento Mitre no Instituto de Química de São Carlos, da Universidade de São Paulo (USP), sob a orientação do pesquisador da Embrapa Instrumentação, Luiz Alberto Colnago, traz importantes contribuições para entender o processo.

“A partir de agora pesquisadores de diversas áreas da química, física e engenharia podem usar ímãs para retardar a corrosão de peças metálicas ou programar inspeções mais frequentes, quando estrutura metálicas estão sob ação de campo magnético heterogêneo, condição na qual se encontra a maioria das aplicações dos ímãs”, conta a doutoranda.

O artigo sobre o estudo foi publicado pela npj Materials Degradation em março deste ano. A revista integra o portfólio da conceituada Nature, principal publicação científica internacional, com mais de 150 anos, pertencente ao grupo editorial alemão Springer. O artigo “In-operando analysis of the corrosion patterns and rates under magnetic fields using metallic film” está disponível em: https://www.nature.com/articles/s41529-022-00233-5

De olho na corrosão

Cirlei estudou primeiro o processo pela sofisticada ressonância magnética nuclear (RMN), técnica que demonstrou ser eficiente para monitorar o efeito do ímã na corrosão. Com a RMN, Cirlei já havia observado que o campo magnético tinha potencial para retardar os processos de corrosão em estruturas metálicas altamente usadas atualmente.

Os pesquisadores monitoraram a corrosão metálica na presença e na ausência de campos magnéticos, usando solução aquosa de ácido clorídrico. Para isso, utilizaram o cobre, foco de várias investigações por causa das suas inúmeras aplicações em eletrônica, comunicações, linhas de energia elétrica para serviços públicos domésticos e de água, máquinas agrícolas, entre outros.

O estudo “Use of Time Domain Nuclear Magnetic Resonance Relaxometry to Monitor the Effect of Magnetic Field on the Copper Corrosion Rate in Real Time” foi publicado pelo jornal Magneto Chemistry também em março e está disponível em: https://www.mdpi.com/2312-7481/8/4/40

No entanto, com a RMN não era possível visualizar processo ocorrendo, uma vez que a ação é realizada dentro do aparelho, totalmente fechado, gerando apenas sinais, interpretados estatisticamente pelos pesquisadores.

Por isso, no doutorado em andamento, também sob a supervisão de Colnago, especialista em aplicações de RMN no agro, a estudante desenvolveu o método simples para observar visualmente e registrar com câmeras fotográficas ou celulares o momento em que o ímã acelera ou retarda a corrosão. Ela utilizou uma placa de cobre, de fazer circuito impresso, e uma solução para remover o cobre das partes em que se desejava gravar.

 “Assim, os processos dinâmicos da corrosão sob um campo magnético, como rotação da solução corrosiva podem ser registrados, em tempo real, durante a deterioração do metal, utilizando câmeras digitais ou de celular, ou seja, sem exigir o uso de equipamentos sofisticados e de forma mais rápida. Observamos o fenômeno ocorrer instantaneamente”, disse Cirlei.

Com o método simples, que permitiu a visualização da ação do campo magnético, os autores concluíram que o ímã homogêneo dificulta a saída dos produtos da corrosão, por fazer com que o material corroído fique preso mais tempo sobre a placa metálica, impedindo a chegada de novos agentes corrosivos.

“No caso do ímã heterogêneo, o campo magnético muito forte nas bordas do ímã, atrai o agente corrosivo para essa região fazendo com que a corrosão se acelere. Constatamos que, quando uma peça metálica está dentro da região homogênea de um ímã, a corrosão é reduzida. Mas quando a peça metálica está sob a ação de um ímã heterogêneo a corrosão é acelerada”, afirmaram o orientador e a estudante.

Eles explicam que, como o ímã com campo magnético heterogêneo é comum em motores, equipamentos eletrônicos, médicos, industrial e eletrodomésticos, a corrosão deve ser melhor avaliada, bem como medidas protetivas mais eficientes devem ser tomadas para aumentar o tempo de vida das peças metálicas. 

Muitos autores acreditam que o efeito ambíguo do campo magnético é atribuído a diferenças no meio corrosivo, como tipo metálico, força de campo magnético, direção em relação à superfície do metal ou presença de gradientes.

Prejuízos milionários

 O fenômeno de corrosão eletroquímica é um grande problema na sociedade moderna, uma vez afeta todos os materiais metálicos, desde pequenos componentes eletrônicos, presentes na vida cotidiana, como portões metálicos, janelas, churrasqueiras, grades, até grandes infraestruturas, entre elas, pontes e navios.

No campo, os equipamentos agrícolas e sistemas mecanizados não estão imunes à corrosão. A deterioração compromete a vida útil de máquinas e instrumentos, onerando o produtor rural com manutenção e, muitas vezes, até com a substituição do bem. A corrosão é observada com mais frequência em implementos que usam adubo mineral, como plantadeiras, adubadeiras, sistemas de fertirrigação entre outros sistemas.

A corrosão é considerada extremamente grave por estudiosos do mundo todo. Os prejuízos causados com os processos corrosivos chegam a cerca de 2,5 trilhões de dólares anualmente, ou 3,4% do PIB mundial de países industrializados, segundo dados divulgados pela organização sem fins lucrativos NACE Internacional, na conferência Corrosion 2016, em Vancouver, Canadá. Além disso, a corrosão traz imensos danos ambientais e risco à vida humana.

No Brasil, estudo realizado pela International Zinc Association (IZA) com apoio da USP mostra que a perda é equivalente a 4% do PIB, cerca de 236 bilhões em 2015. Como não é possível impedir a deterioração metálica, o que pode ser feito para retardar são processos físicos e químicos, como  pintura, zincagem, niquelação, entre muitas outras formas. Esses procedimentos podem reduzir a velocidade da corrosão e aumentar o tempo de vida das estruturas metálicas.

De acordo com NACE International, a implementação de melhorias de prevenção da corrosão pode resultar em uma economia global entre 15 a 35% do custo dos danos, ou entre US$ 375 a 875 bilhões de dólares.

As pesquisas foram apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e pela Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fundação Alemã de Pesquisa).