Corrosion

Puente Wuhu sobre el Yangtzé (10 km)

Ing. Nilo García Corzo

Para obtener los metales es necesario invertir una gran cantidad de energía

Desde el momento en que el metal es formado, este comienza a liberar la energía almacenada

Este proceso de liberación de energía es lo que conocemos como proceso de corrosión

Se puede definir la corrosión como un proceso mediante el cual el metal vuelve a su estado natural y que corresponde a una oxidación, y representa la conversión paulatina del metal en sus formas combinadas.

¿Qué hacer para evitarla o reducirla?.

• El proceso corrosivo existirá siempre, en mayor o menor medida, quedándonos sólo la opción de hacer que este regreso al estado natural sea lo más lento posible.

Ingeniería de la corrosión

Es la aplicación de la ciencia y arte para prevenir o controlar los daños causados por la corrosión en una forma segura y económica.

Costo de la corrosión y protección

• Es bastante alto pero puede ser reducido considerablemente mediante una adecuada prevención.

• La corrosión es un problema serio porque contribuye al agotamiento de nuestros recursos naturales.

Medio ambiente

En la práctica todos los medios ambientes son corrosivos en algún grado por ejemplo

– el aire

– la humedad,

– aguas frescas, destilada, de mar y de minas, – vapor y otros gases,

– ácidos minerales, ácidos orgánicos, etc.

En general materiales inorgánicos son más corrosivos que los orgánicos

DAÑOS POR CORROSION

• Pérdida económica (directa e indirecta)

• Conservación de recursos (agotamiento de los

reservas naturales) • Costo por accidentes

(seguridad humana) • Costos debido al

sobrediseño

• Costos de mantenimiento • Pérdida por corte de

servicio

PRINCIPIOS DE CORROSIÓN

Material

FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A

LA CORROSIÓN

Expresiones para la velocidad de la corrosión

• Los rates de corrosión se expresan en una variedad de formas. • Pérdidas de peso

• Cambio de % en peso

• Miligramos por dm2 _{x día}

• g/cm2 _hora • mm/año

534W

mpy

DAT



Mils por año (mpy)

Donde :

W = pérdida de peso en mg

D = densidad del espécimen g/cm3

A = área del espécimen en pulg2

Cuatro requisitos

 Una diferencia de potencial entre dos elementos

 El ánodo y el cátodo  La existencia de conducción eléctrica y electroquímica entre ambos y  La existencia de una reacción redox.

PROCESO DE CORROSION

TIPOS DE ANODOS Y CATODOS

Ánodos y cátodos existen en toda la superficies de hierro y acero, formados por imperfecciones en la superficie, falta de homogeneidad, cortes frescos y formación de

óxido rojo

• Dos metales diferentes en contacto

• Metal sometido a tensiones

• Corte fresco de un metal versus metal antiguo

• Variaciones en densidad y composición

CELDAS DE CONCENTRACIÓN

Fase gaseosa-aire oxígeno

Fase líquida :oxígeno-agua

+ Catodo+ High O₂ OH OH Fase sólida G as Li qu id Solido + Catodo + + Anodo + e e e e H H O₂

tubérculo poroso formado por Los productos de reacción High O₂ OH O₂ H+ Fe (OH)₃ Fe₃O₄ Fe(OH)₂ Crater Fe++ H+ H+ H_{2 H} 2

CELDA DE AIREACIÓN DIFERENCIAL

TIPOS DE CELDA GALVANICA

OXIGENO DISUELTO

Picaduras por oxígeno

Primera causa de la corrosión

 Ocurre en cualquier parte del sistema

Velocidad de corrosión,en mm por año de penetración 7.5 5.0 2.5 0 0 2 4 6 8 10 Oxígeno, ppm 49C 32C 9 C

EFECTOS DE LA CONCENTRACION DE

OXIGENO

Corrosión por el agua

debida a:



CO

Electrolito (Agua + sal) Cátodo (protegido) corriente

-

+

Los electrones Fluyen de ánodo A cátodo

PROCESO DE CORROSION

Paso de e-

Para completar El circuito

Fe - 2e Fe++ _Fe++ _{+ 2OH}- _Fe(OH) 2 Fe Fe Fe(OH) Fe(OH) Fe(OH) Fe(OH) 2 2 2 2 O₂ 8 e

-

-

Las reacciones de oxidación (corrosión)

ocurren en el

ánodo

Ionización de hierro por

pérdida de 2e

-Formación de la forma

Inestable: Fe(OH)₂

Fe(OH)₂ se combina con

el oxígeno y forma óxido

OH

-

Flujo de e

-4Fe(OH)₂ + 0₂ + 2H₂O 4Fe(OH)₃

H₂O H₂O

Flujo de e -Flujo de e -Flujo de e -+ H+ 2H+ _{+ 2e H} 2 4H+ + O2 + 4e 2H2O O2 + 2H2O + 4e 4OH-

Electrones que llegan al cátodo neutralizan algunos Iones hidrógeno

Reacción de reducción (protección)

ocurren en el

cátodo

Mecanismo de corrosión del acero

Los mecanismos de corrosión pueden evitarse impidiendo la formación de microceldas presentes en

ACCIÓN DE LOS CLORUROS

4- Formación de complejo muy estable que

Consume iones Fe+++ _{acelerando la disolución del hierro}

) ( ) ( ) ( 2 4 2 O OH Fe K     ) ( ) ( ) ( ) ( 2 4 4 4 O Fe OH Fe K _     

Pilas de aireación diferencial

La corrosión depende del tipo de terreno y de la humedad. La heterogeneidad del terreno.

Las zonas mas aireadas serán cátodos y las menos ánodos La corrosión se localiza en la zona menos aireada

Corrosión

Clasificación

 Corrosión por combinación directa (oxidación)

 Corrosión electroquímica.  Corrosión húmeda y seca  Corrosión en baja y alta

temperatura. Tipos Corrosión uniforme Corrosión galvánica Corrosión en hendiduras, picaduras y agrietamiento Corrosión intergranular Disolución selectiva

Corrosión por erosión Corrosión bajo tensiones

Corrosión uniforme

Es la corrosión que aparece en toda la superficie causando la pérdida uniforme de espesor.

Prevención

• Uso de materiales apropiados, para aumentar la resistencia a este tipo de corrosión se sugiere elevar los tenores de Cr, Ni y Mo.

• Inhibidores

Corrosión Galvánica

Prevención corrosión galvánica

• Seleccionar combinaciones de

metales por sus potenciales

• Evitar el efecto del área

desfavorable

• Aislar metales disimilares

• Aplicar recubrimientos

• Añadir inhibidores

• Evitar uniones de rosca

• Diseño de partes anódicas

fácilmente reemplazables

• Instalar un tercer metal mas

anódico

Se produce cuando hay una reunión de dos metales que presentan diferentes

Corrosión en hendiduras

ranuras, resquicios o hendiduras y de hecho en dondequiera que se tiene algún tipo de discontinuidad geométrica que influye en la disponibilidad del agente corroyente.

Corrosión por Agrietamiento

Se presenta dentro de las grietas, uniones, intersticios, donde la renovación del medio corrosivo solo puede producirse por difusión.

Ejem. Superficies de

empaquetaduras, uniones planas, grietas bajo pernos o cabezas de remaches.

El contacto con superficies no metálicas también pueden causar corrosión por

agrietamiento.

Prevención

•Usar uniones soldadas

•Diseñar depósitos para completo desagüe •Remover los depósitos continuamente •Usar empaquetaduras sólidas (teflón)

Corrosión filiforme

Es un tipo especial por agrietamiento.

En la mayoría de instancias ocurre debajo de películas protectoras. Los

filimentos pardo rojizos son fácilmente visibles.

Prevención

•No hay una forma completa de prevenirla, mas que una constante inspección de las películas de protección.

Corrosión por picaduras

concentra en zonas muy

pequeñas de la superficie, que resulta en agujeros en el metal. Por lo tanto, es una de las

formas de corrosión más destructiva.

Es un proceso autocalifico, principalmente en soluciones que contienen iones cloruro. Los aceros inoxidables son mas susceptibles al ataque por picaduras.

Esta asociado por condiciones de estancamiento.

Prevención

• Aplicar los métodos para combatir corrosión por grietas

• adiciones de Cr, Mo y Ni aumentan la resistencia a la corrosión.

• A veces es preferible usar aceros al carbono debido a que su corrosión es uniforme.

Corrosión intergranular

Ataque preferente de los límites de grano o zonas adyacentes o limites del grano metal (intercristalino).

Los bordes de granos son

generalmente anódicos. El ataque es localizado y adyacente a los bordes de grano, donde existe alguna impureza, enriquecimiento o agotamiento de uno de los elementos de aleación.

Prevención

• Soldar los aceros con arco eléctrico

•Tratamiento térmico a las partes soldadas •Usar aceros inoxidables estabilizados. Ti y Hf •Usar aceros con bajo contenido de carbono

Lixiviación selectiva

Cuando uno o mas componentes de la aleación se ataca preferentemente.

Ejem, es la disolución selectiva del Zn en los latones.

Se produce en atmósferas altamente ácidas.

Prevención

• Por medio de la protección catódica

• Eliminando la presencia del oxígeno del medio ambiente • Agregando inhibidores tales como As, Sb, P

Corrosión - Erosión

Es consecuencia de las colisiones de las partículas inmersas dentro de un agente corroyente o pasta fluida.

En este caso, la capa pasiva esta continuamente bajo los efectos corrosivos y abrasivos,

simultáneamente.

Formación de burbujas de vapor (cavitación) o por deslizamiento de metales entre si (corrosión bajo fricción).

Prevención

•Efectuar un tratamiento térmico de alivio de tensiones •Reducir la agresividad del medio ambiente

•Selección de materiales resistentes al medio corrosivo

•Aplicar protección catódica cuando se esta seguro que el deterioro es corrosión bajo tensión

Corrosión bajo tensiones

Son producto de la acción de un agente corrosivo y tensiones de tracción que

pueden ser aplicas o residuales, factores que provocan fisuras granulares o

intergranulares. Se propagan al interior del metal provocando su fractura.

Las tensiones residuales pueden ser el

resultado de un proceso de conformación o dejada en el metal en el momento de su incorporación a una estructura. Ejm remaches o soldadura.

Prevención

•Efectuar un tratamiento térmico de alivio de tensiones •Reducir la agresividad del medio ambiente

•Selección de materiales resistentes al medio corrosivo (alto contenido de Ni) •Aplicar protección catódica cuando se esta seguro que el deterioro es

corrosión bajo tensión

Peso

SINERGISMO

CONTROL DE LA CORROSIÓN

El diseño y los métodos de protección contra la corrosión se basan en evitar la existencia de alguno de estos cuatro

elementos.

Si se consigue no exista pila de corrosión y, en consecuencia, ésta no tendrá lugar.

Monitoreo de la corrosión

Protección Catódica

Se basa en la existencia de un potencial de inmunidad al cual es suficiente llevar el metal a proteger para detener la corrosión

(Diagrama de Pourbaix)

Marcel Pourbaix (1904-1998),

químico ruso que trabajó en

corrosión en la Universidad de

Bruselas. Era también pianista.

COMO CALCULAMOS E INTERPRETAMOS UN

DIAGRAMA DE POURBAIX

• Este se lee en los ejes de X ,Y:

 En Y, se encuentra el potencial, el cual calculamos con la eq. de Nernst, h= hidrogeno

 En X, se encuentra el pH con la función de –log del H+ concentración de iones

Demasiado ácido Demasiado alcalino Demasiado reactivo Demasiado reactivo Zona estable pH Potenc ial

Fe3+

Fe(OH)₃

Fe(OH)₂ Fe2+

Fe

No debería haber hierro en la corteza

Zona estable

DIAGRAMA POURBAIX

PASIVIDAD CORROSION

Protección por ánodos de sacrificio

La estructura por proteger se pone en contacto electrolítico con un metal de potencial más bajo, que se corroe.

El metal que actúa de ánodo se sacrifica en favor del que actúa como cátodo

DISEÑO Y CORROSION

Cualquier diseño empieza con un croquis en una hoja

de papel. Poco a poco se van especificando materiales,

métodos de protección, normas de materiales y

procesos, etc.

El proceso acaba con especificaciones, y planos de

construcción.

En todo este proceso, los proyectistas pueden cometer

errores de diseño, normalmente por falta de

información suficiente, que muchas veces acaban en

corrosión.

LA VIDA EN SERVICIO

Rectificar es barato si estamos en la etapa de diseño,

que tiene un cierto coste.

En la etapa de construcción es mucho más caro.

Desgraciadamente se presta poca atención en la

etapa de diseño a la protección y la corrosión. Pero

eso debe corregirse porque evitará costes muy altos

y hasta responsabilidades.

CRITERIOS PARA EVITAR LA

CORROSIÓN

a.- Emplear materiales homogéneos de igual

potencial

b.- Evitar el contacto eléctrico entre los

materiales

c.- Evitar el contacto electroquímico,

d.- Impedir la reacción redox

La quinta solución

• , ”si no puedes vencer a tu enemigo únete a

él”, convierte a la estructura a proteger en el

cátodo de una pila, cuyo ánodo se corroerá de

modo controlado.

• Esto es la protección catódica, que se emplea

en depósitos o estructuras enterradas o en el

mar, y en buques.