MATERIALES INDUSTRIALES II
MATERIALES INDUSTRIALES II
Capitulo 4
Capitulo 4
CORROSION
CORROSION
introducciintroduccióónn
DEGRADACION
RADIACION CALOR AGRESION QUIMICAácidos ,álcalis y solventes ( polímeros )
CORROSION ACUOSA agua pura Oxígeno disuelto
medicimedicióón de la velocidad de oxidacin de la velocidad de oxidacióónn
∆m α t
1/2∆m ≈ - t
∆m α t
mecanismos de oxidacimecanismos de oxidacióónn
tipos de corrositipos de corrosióónn
OXIDACION
INFLAMABILIDAD
oxidacioxidacióón reduccin reduccióónn
Oxidación
M → Mn+ + ne- M se convierte en un ión
M se oxida Ej.: Fe → Fe2+ + 2e- Al → Al3+ + 3e
-donde ocurre la oxidación se denomina ánodo ( oxidación o reacción anódica )
Los electrones se transfieren a otra especie química se denomina reacción de reducción
Reducción
Puede ocurrir en una solución ácida en presencia de oxígeno disuelto O2 + 4H+ + 4e-→ 2H
2O
o en una solución neutra o alcalina
oxidacioxidacióón reduccin reduccióónn
Los iones metálicos también se pueden reducir
En iones multivalentes
Mn+ + e-→ M (n-1)+ se reduce parcialmente o también totalmente Mn+ + ne-→ M
La zona en la cual ocurre la reacción se denomina cátodo
Reacción electroquímica total >>> oxidación y reducción
Por ej.: Zn → Zn2+ + 2e -2H+ + 2e- → H 2 (gas) Zn + 2H+ → Zn2+ +H 2 (gas) Fe + ½ O2 + H2 O → Fe2+ + 2(OH-) → Fe(OH)
2 y en una segunda etapa
pila electroqupila electroquíímicamica Si los electrodos de Cu y Fe están conectados
eléctricamente, el Cu se reduce a expensas de la oxidación del Fe:
Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+ los iones de Cu se
depositan como Cu metálico sobre el electrodo de Cu y el Fe se disuelve ( se corroe ) en el otro lado y se incorpora en la solución como iones Fe2+
Fe → Fe2+ + 2 e
-Cu2+ + 2 e-→ Cu
Cuando pasa una corriente por el circuito externo los electrones generados en la oxidación del Fe fluyen a la pila de Cu y además se produce un movimiento iónico neto de una pila a la otra a través de la
membrana denominado par galvánico.
pila electroqupila electroquíímicamica
Si los electrodos son Fe y Zn y están conectados eléctricamente, el Zn es el ánodo que se corroe y el Fe se convierte en el cátodo:
Fe2+ + Zn → Fe + Zn2+
El potencial asociado a este par es de 0,323 V .
Los diferentes pares de electrodos poseen diferentes voltajes . Este voltaje es la fuerza electromotriz de la reacción electroquímica de oxidación - reducción
mecanismos de oxidacimecanismos de oxidacióónn
M (metal) + O ( Oxígeno )
→
MO( óxido ) + energía
En los metales es muy lento y a veces es protector, pero
aumenta con la temperatura
conclusionesconclusiones
•
•
Corrosi
Corrosi
ó
ó
n de un metal:
n de un metal:
Deterioro producido como
Deterioro producido como
consecuencia de un ataque qu
consecuencia de un ataque qu
í
í
mico del medio.
mico del medio.
•
•
Velocidad de corrosi
Velocidad de corrosi
ó
ó
n:
n:
Depende de la temperatura y de
Depende de la temperatura y de
la concentraci
la concentraci
ó
ó
n del medio.
n del medio.
•
Es como el proceso inverso al de la metalurgia extractiva,
pues en el estado metálico las energías son mas altas y por
eso tienden a formar compuestos
•
Cerámicas y polímeros
no sufren ataque electroquímico
sino directamente químico. Por ej. Los cerámicos a altas
Temp. por sales fundidas y polímeros por solventes
semisemi--pilapila
Dispositivo para medir la fem del Zn Un método para saber la tendencia
a formar iones en solución acuosa es comparar sus potenciales de semi-pila con el ión Hidrógeno
A los metales que son mas reactivos que el H se le asignan un potencial negativo y se los denominan
Anódicos
Ej.: Fe ( -0,44 ) , Zn ( -0,763) Mg ( -2,63) A los metales que son menos reactivos que el H se le asignan potenciales
positivos y se los denominan Catódicos
corrosicorrosióón por pila galvn por pila galváánica de electrodo nica de electrodo úúniconico
(a) Por la no homogeneidad de la estructura aparecen cátodos y ánodos locales Zn → Zn 2+ + 2e- (reacción anódica) 2H+ + 2e- → H
2 ( reacción catódica)
(b) El caso de la herrumbre en el hierro en agua con oxigeno disuelto Fe → Fe 2+ + 2e- (reacción anódica)
pila galvpila galváánicanica
Pila galvánica de concentración iónica Para saber cual es el ánodo debemos aplicar
Nernst, considerando que la solución de baja concentración es 0,001M y la otra 0,01M
EFe2+= E° + 0,0296 log C ion
Para 0,001M EFe2+ = - 0,529 V
Para 0,01 M EFe2+ = - 0,499 V
En la solución mas diluida se encuentra el ánodo que será oxidado y corroído.
Por lo tanto la pila de concentración iónica produce corrosión en la región del
pila de concentracipila de concentracióón de oxn de oxíígenogeno
Si existe una diferencia en la concentración de oxígeno en la superficie húmeda se puede desarrollar una pila de concentración de oxígeno
Son de importancia en especial en la corrosión de metales de fácil oxidación tales como hierro que no forman películas de oxido protectora .
Las reacciones anódica y catódica para esta pila son: Reacción anódica: Fe → Fe 2+ + 2 e
-Reacción catódica: O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH
-Como la reacción catódica requiere oxígeno y
electrones la concentración mas alta de oxígeno se encontrará en el cátodo.
pilas galvpilas galváánicas por limite de granonicas por limite de grano
En muchos metales y aleaciones los limites de grano son más activos químicamente (anódicos) que la matriz, por lo cual se corroen los limites de grano.
Para algunas aleaciones ocurre lo inverso y la segregación química hace que los limites de grano sean catódicos
pilas electroqupilas electroquíímica multi fasemica multi fase
En muchos casos las aleaciones monofásicas tienen mayor resistencia a la corrosión que las aleaciones de fase múltiple. La velocidad de corrosión es mayor en las multifásicas . Un ejemplo clásico es la fundición de hiero gris perlifica.
grafito matriz perlítica
El grafito es mucho mas catódico que la matriz perlifica se crean pilas galvánicas muy activas
velocidad de corrosivelocidad de corrosióónn
La corrosi
La corrosióón superficial uniforme se expresa como el peso en n superficial uniforme se expresa como el peso en mgmg perdido , porperdido , por
dm2
dm2 por dpor díía ( mdda ( mdd))
Otra manera es expresar la velocidad de corrosión como perdida en espesor del material por unidad de tiempo ( mm/año )
reacciones de corrosireacciones de corrosióón y polarizacin y polarizacióónn El electrodo de Zn en equilibrio con sus
iones E°=- 0,763 V y la densidad de corriente i0=10-7 A/cm2 ( punto A )
La reacción del electrodo del H que ocurre en la superf. del Zn bajo condiciones de equilibrio
E°= 0,00 V y 10-10 A/cm2 (punto B )
Cuando el Zn comienza a reaccionar con el ácido clorhídrico el potencial es Ecorr
En el punto C la velocidad de disolución del Zn es igual a la de desprendimiento del H
polarizacipolarizacióón por activacin por activacióón y por concentracin y por concentracióónn
Por activaci
Por activacióónn Por concentraciPor concentracióónn
La reacci
formas de corrosiformas de corrosióónn
Corrosión galvanica
Corrosión por aireación diferencial Picaduras o “pitting”
Corrosión intergranular Corrosión selectiva
Corrosión por erosión Corrosión bajo tensión
control de la corrosicontrol de la corrosióónn--selecciseleccióón del materialn del material
Para materiales METALICOS
Utilizar el material apropiado a cada medio ambiente
En condiciones reductoras utilizar aleaciones de Ni y Cu
En condiciones oxidantes utilizar aleaciones a base de Cr
Para materiales NO METALICOS
Limitar el uso de polímeros en presencia de ácidos
inorgánicos fuertes
Los cerámicos poseen la mas alta resistencia a la corrosión
control de la corrosicontrol de la corrosióónn--revestimientosrevestimientos
Revestimientos metálicos
Utilizados para aislar metales del medio ambiente corrosivo ,
actuando como ánodo
aplicados como electro deposición o colaminado
podría aplicarse varias capas
Revestimientos inorgánicos
acero revestido con porcelana / vidrio
Revestimientos orgánicos (son barrera protectora )
polímeros orgánicos : pinturas y barnices
control de la corrosicontrol de la corrosióónn--disediseññoo
Prever sobre espesor por corrosión
Evitar contacto entre materiales diferentes que pudieran
ocasionar pares galvánicos
Evitar esfuerzos excesivos y concentración de tensiones
Evitar sharp bends en cañerías para prevenir
erosión-corrosión
Diseño de tanques y recipientes con posibilidad de vaciados
de emergencia
Diseñe con piezas que puedan ser fácilmente cambiadas
Diseñe sistemas que trabajan a alta temperatura de manera
control de la corrosicontrol de la corrosióónn--modificacimodificacióón del medion del medio
Disminuir la temperatura Reduce la velocidad de
reacción
Disminuir la velocidad de fluidos en cañerías Reduce la
erosión corrosión
Eliminar el oxigeno disuelto en líquidos Reduce la
corrosión
Agregado de inhibidores Retardadores catalíticos
control de la corrosicontrol de la corrosióónn--protecciproteccióón catn catóódicadica
Se aportan electrones
a la estructura
a proteger desde una
fuente externa al metal
que se desea proteger
convirtiéndolo en un
cátodo
El metal que se va a proteger se conecta eléctricamente a
otro metal que sea mas reactivo en el medio y experimenta
oxidación y cede electrones protegiendo al metal. El material
oxidado se denomina ánodo de sacrificio y se selecciona de
acuerdo a la serie galvánica ( Mg , Zn )
control de la corrosicontrol de la corrosióónn--protecciproteccióón catn catóódicadica
Este método es mediante la aplicación de una corriente desde
una fuente externa de CC. El polo(-) se conecta a la estructura y
pasivacipasivacióónn
Pérdida de
reactividad química
en presencia de condiciones
ambientales particulares
Teoria de la capa de oxido protector
Se trata de una capa que actua como barrera de difusión de productos de reacción , separando el metal de su entorno
Teoría de adsorción
Se considera que los metales pasivados están cubiertos por una película quimiadsorbida de oxígeno
Las dos tienen en comun que se forma un apel
Las dos tienen en comun que se forma un apelíícula protectora en la cula protectora en la superfciie del metal
corrosicorrosióón de cern de ceráámicos micos
Los materiales cerámicos por estar compuestos por materiales metálicos y no metálicos se pueden considerar como que ya se han corroído lo que los hace muy resistentes a la corrosión.
En este caso la corrosión es una simple disolución química en contraste con los procesos electroquímicos
Las cerámicas refractarias resisten a altas temperaturas y el ataque a levadas temperaturas de metales, sales , escorias y vidrios
En conversión de energía se requieren temperaturas elevadas ,
atmósferas corrosivas y altas presiones. Para estos casos los cerámicos resisten mejor que los metales por periodos razonables.
corrosicorrosióón de poln de políímeros meros
Los polímeros se degradan por interacción con el ambiente. La
degradación de los polímeros no es una reacción electroquímica sino físico química
Hinchamiento.Hinchamiento. En este caso el liquido o soluto difunde en el polímero y es absorbido por este forzando la separación de las macromoléculas que conduce a una reducción en las fuerzas de enlace secundarias y el
material se hace mas blando y mas dúctil
DisoluciDisolucióón. Ocurre cuando el polímero es totalmente soluble se puede n
considerar como la continuación del hinchamiento
corrosicorrosióón de poln de políímeros meros
Ruptura del enlace. Denominado también escisión , separación o Ruptura del enlace.
ruptura el enlace. Puede originarse por exposición a la radiación o al calor y por reacción química.
Efectos de la radiaciEfectos de la radiacióón. Haz de electrones, rayos X , rayos β , rayos γ y n
radiación ultravioleta poseen suficiente energía para penetrar en el
polímero e interactuar con los átomos o electrones de los componentes. Pueden añadirse estabilizantes para protegerlos
Efecto de las reacciones quEfecto de las reacciones quíímicas. El oxigeno el ozono y otras micas.
sustancias pueden originar la escisión de las cadenas como resultado de una reacción química. Muy frecuente en los cauchos vulcanizados
Efectos tEfectos téérmicosrmicos Escisión de cadenas moleculares a elevadas
temperaturas y producen reacciones químicas que producen especies gaseosas
corrosicorrosióón de poln de políímeros meros
DegradaciDegradacióón por exposicin por exposicióón a la intemperie n a la intemperie
Resultado de la oxidación que se inicia por radiación UV del sol.
La celulosa y el nylon también son susceptibles de la absorción de agua que reduce su dureza y rigidez
Los fluorocarbonos son virtualmente inertes en estas condiciones pero algunos materiales como el PVC y el PE son susceptibles a la degradación por exposición a la intemperie