CORROSION - TEMARIO 1. Introducción 2. Corrosión 3. Corrosión – Oxidación 4. Potencial de Electrodo 5. Pilas Electroquímicas 6. Formas de Corrosión 7. Mecanismos Básicos 8. Medios Corrosivos 2
CORROSION - TEMARIO
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9. Tipos Clasificación Corrosión 10.Métodos de Protección
11.Revestimientos
12.Protección Catódica 13.Protección Anódica
1. INTRODUCCION
El hombre, en su afán de lograr mejores condiciones de vida, ha usado constantemente su ingenio durante su larga historia. Para lograr tal objetivo, mucho lo ha debido al uso de metales que ahora forman parte de nuestra vida cotidiana y, casi sin quererlo, hemos creado una dependencia tal que sería imposible hablar del desarrollo y avance de la civilización moderna sin el uso de metales y aleaciones.
Desde muy temprano por la mañana hacemos uso del metal, en los grifos del agua para asearnos, con sus recubrimientos de níquel y cromo, en los utensilios de la cocina, tales como los sartenes, cuchillos, cucharas, etc. Aun cuando lo olvidemos, sabemos que nuestra casa, así como todos los demás edificios, sean éstos pequeños o impresionantes rascacielos, están estructurados de acero, el cual actúa como un verdadero esqueleto que conforma, soporta y da resistencia a la construcción.
INTRODUCCION
Para el traslado a nuestro trabajo, lo hacemos usualmente en un medio de transporte fabricado en su gran totalidad de metal: autobús, coche, tren, etc. Si, mientras viajamos hacia nuestro trabajo, nos detenemos a pensar por un momento en la cantidad de metal que usa el transporte en el que vamos, nos sorprenderíamos al enterarnos de que es inmensa la cantidad de éste empleada en la carrocería, en el motor, con todo y sus componentes; incluso en el sistema de energía, como lo es el acumulador, encontramos metal en forma de láminas de plomo sumergidas en un medio ácido. Lo mismo podemos decir de los aviones que surcan los cielos actualmente, de los medios de transporte espaciales modernos y de los satélites, hechos todos ellos de aleaciones metálicas muy especiales.
Aquellos que trabajan en algún tipo de industria, se percatarán de que casi toda la instalación productiva está constituida de diversos metales: grandes reactores donde ocurren las transformaciones químicas operando a presiones y temperaturas elevadas, tuberías que transportan las materias primas así como los productos, tanques de almacenamiento, bombas, etc.
INTRODUCCION
Se vive actualmente en una civilización basada en el metal y que por lo tanto requerimos que los materiales metálicos en los cuales está basada dicha civilización industrial sean estables en nuestra atmósfera terrestre y que al menos duren en uso varios años.
INTRODUCCION
Los metales se degradan inexorablemente con el tiempo de muy diversas formas, dejan de ser funcionales, perdiendo sus propiedades decorativas o mecánicas. Algunos simplemente se disuelven en su totalidad en el medio que los envuelve.
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Deterioro de un material, generalmente
metálico, por acción química o electroquímica del medio ambiente aliada o no a esfuerzos mecánicos. El deterioro causado por la interacción físico química entre los materiales o su
medio operacional representa
alteraciones perjudiciales indeseables sufridas por el material, tales como desgaste, variaciones químicas o modificaciones estructurales.
INTRODUCCION
Existe un esfuerzo grandioso para evitar que los metales de uso industrial básico para la sociedad se deterioren y vuelvan a su estado original (es decir, de metal combinado con algunos otros elementos activos tales como el oxígeno, azufre y cloro). Veremos más adelante que salvo contados metales, la mayoría de ellos son inestables en muchos de los ambientes encontrados en la Tierra
La misma atmósfera, el agua del mar, salmueras, las soluciones ácidas, neutras o alcalinas y cientos de otros ambientes causan el retorno del metal hacia una forma más estable, similar a la de los minerales.
INTRODUCCION
El hombre invierte mucha energía para extraer el metal de los yacimientos encontrados en la Tierra. Pensemos en el balance térmico global empleado durante la extracción del hierro en los altos hornos a partir de un mineral de hierro oxidado, tal como la hematita, Fe2O3.
Se invierte grandes cantidades de energía termoquímica con el fin de liberar el hierro del oxígeno con la ayuda de coque (carbono), obteniéndose como productos la liberación de bióxido de carbono, C02, escoria y el hierro primario, también llamado arrabio.
INTRODUCCION
Sin embargo, y como se puede deducir, el estado de existencia más estable para un metal es su forma combinada, o dicho desde un punto de vista termodinámico, es el estado de más baja energía, ya sea en forma de óxido, sulfuro, cloruro, sulfatos o carbonatos.
En realidad lo que nosotros hacemos para extraer el metal es ir en contra de una reacción que ocurre espontáneamente en la naturaleza, por ejemplo, la reacción de formación de un mineral oxidado.
INTRODUCCION
Es muy posible que cuando los elementos aparecieron en el universo, poco tiempo después de la creación de éste, hará aproximadamente unos 15 mil millones de años, muchas de las especies metálicas comenzaron a reaccionar con otros elementos recién formados. El paso de metal a forma combinada fue cosa de millones de años. Lentamente, el metal iba pasando de un estado inestable a uno más estable que es la forma combinada.
INTRODUCCION
Aunado a esta transformación espontánea venía un cambio en energía. El sistema en proceso de transformación cedía energía lentamente y pasaba a un estado de energía mínima, a un estado estable, en equilibrio. Industrialmente lo que hacemos hoy en día es suministrar al mineral o mena una cantidad de energía equivalente a la que la reacción cedió a través de mucho tiempo para pasar a la forma combinada. Al obtener un metal en forma libre volvemos al estado inicial.
INTRODUCCION
El metal libre, poseyendo una energía elevada y con fuertes tendencias a bajarla, tenderá a estabilizarse, reaccionando con el medio ambiente y volviendo a su forma de mineral original. El cobre, el cinc, el níquel, el cromo, el hierro, el aluminio, el plomo, el estaño y la mayoría de los metales ingenieriles que usamos, sufren esa tendencia después de ser obtenidos en su forma libre.
INTRODUCCION
Se puede decir, que cuanto mayor haya sido la cantidad de energía invertida en la obtención de un metal a partir de su mineral (térmica, eléctrica o de otro tipo), mayor será su tendencia a volver a combinarse para estabilizarse.
INTRODUCCION
Es interesante el pensar que un pedazo de metal puede permanecer estable por un período indefinido, si es que se le mantiene en el vacío, es decir, en donde el metal no entre en contacto con ningún medio o sustancia, incluyendo al aire por supuesto. Parece ser que la gran mayoría de los metales adquieren esa estabilidad tan deseada sólo cuando se les aísla del ambiente terrestre. Si este aislamiento no ocurre, los metales pueden reaccionar con el medio ambiente y formar compuestos tal y como lo mencionamos anteriormente.
INTRODUCCION
Estos compuestos permanecen sobre la superficie del metal y son por lo general frágiles, de mal aspecto y fácilmente desprendibles, por ejemplo los óxidos del hierro, lo que origina una transformación continua del metal al repetirse periódicamente el proceso de oxidación. Sin embargo, esta forma de degradación metálica no es la única.
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Siendo la corrosión un proceso
espontaneo, esta constantemente transformando los materiales
metálicos de modo que la durabilidad y desempeño de los mismo dejan de
satisfacer los fines para los cuales son destinados.
En la vida moderna no se puede
prescindir de los metales y sus
Estructuras metálicas o sumergidas,
oleoductos, gasoductos, acueductos, cables de comunicación y de energía eléctrica, tanques de almacenamiento de combustibles, silos..
Medios de transporte, trenes aviones,
vehículos, carros, buses..
Líneas de iluminación eléctrica,
postes, líneas telefónicas..
Equipos electrónicos, estaciones radio,
transformadores, radares, etc.
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Todas estas instalaciones representan
inversiones enormes que exigen
durabilidad y resistencia a lo largo de la vida útil de la inversión…
IMPORTANCIA
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Los problemas de deterioro son
frecuentes y ocurren en las mas variadas actividades, industria química, petrolera, construcción civil, automovilística, transporte aereo, ferroviario, medios de
comunicación, telecomunicaciones, medicina, etc.
Corrosión en implantes
humanos
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Corrosión por agua de mar
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Berlin Congress Hall 1980
Perdidas
Las perdidas económicas que envuelven
estas actividades pueden ser clasificadas en directas e indirectas:
DIRECTAS:
a. Costos de sustitución de piezas o
equipos que sufren corrosión, incluyendo la energía y mano de obra.
B. Costos de mantenimiento de los
procesos de protección, recubrimientos, pinturas, etc.
PERDIDAS INDIRECTAS
Son más difíciles de evaluar y
pueden totalizar costos más
elevados que las pérdidas directas.
Paralizaciones Accidentales Perdidas de Productos Perdidas de Eficiencia Contaminación de Productos Sobredimensionamiento en los Proyectos 41
Costos Corrosión
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Conservación de las
Reservas Minerales
Producción adicional para la
reposición de lo que fue deteriorado.
25% de la producción mundial tiene
esa finalidad
40% en EEUU
33% Rusia y Europa
22% vuelve en forma de chatarra.
Consideraciones Energéticas
La obtención de un metal se hace a
costa de una cierta cantidad de energía, la cual es cedida por intermedio de los procesos
metalúrgicos, como se ve en esta expresión.
Metalurgia
Compuesto + Energía Metal Corrosión
Ejemplo de eso es lo que se vio en la
presentación anterior
Reducción electrolítica de
Alúmina Al2 O3 para la obtención de aluminio usando criolita, fluoruro de aluminio y sodio, Na3 Al F6 como
electrolito y fundente.
Electrolisis
Al2 O3 2Al + 0,5 O2 1000°C
Aparte de la energía requerida para la
transformación que conduce al metal, una considerable cantidad de energía es perdida tanto por radiación como por convección.
Casos benéficos
Sin embargo la corrosión tiene su
lado positivo.
Podemos citar procesos corrosivos
benéficos de gran importancia industrial.
Oxidación de los aceros inoxidables,
con la formación de la pelicula
protectora de Oxido de cromo, Cr2 O3
Anodización del Aluminio, o sus
aleaciones, que consiste en la
Oxidación de las piezas de aluminio, colocadas en un ánodo de cuba
electrolítica: ocurre la formación de oxido de aluminio, Al2 O3, protector y le confiere un aspecto decorativo a la pieza.
3. OXIDACION - REDUCCION
La corrosión es en general, un
proceso espontaneo, y si no fuera por el empleo de mecanismos de protección se tendría la destrucción
completa de los materiales
metálicos, ya que los procesos de corrosión son reacciones químicas y electroquímicas que ocurren en la superficie del metal y obedecen a principios establecidos.
El hecho de la corrosión ser,
generalmente, una reacción de
superficie hace suponer que ella pueda ser controlada. Por las
propiedades del producto de
corrosión. El compuesto metálico formado puede reaccionar como una barrera entre el medio corrosivo y el metal, disminuyendo así, la velocidad de corrosión del metal.
Este hecho es frecuentemente
observado en la reacción entre
metales y medios gaseosos. Cuando el producto de la corrosión puede ser
removido, la velocidad de corrosión no deberá sufrir disminución con el tiempo.
Ese caso ocurre cuando se forman
productos de corrosión solubles o cuando los productos de corrosión son formados en áreas re las áreas que sufrieran y las que no sufrieran la acción del medio corrosivo.
Todos los metales están sujetos al
ataque corrosivo, si el medio fuera lo suficientemente agresivo si:
El oro y la plata son prácticamente
inatacables en los medios comunes, mas no son resistentes, por ejemplo, a la acción de la mezcla de ácido
clorhídrico HCL y ácido Nítrico HNO3 que constituye el agua regia.
El acero inoxidable AISI 304
aunque sea bastantes resistente a varios medios corrosivos, sufre corrosión localizada en presencia de iones cloruros. Cloratos;
El Aluminio, aunque pueda
resistir a los ácidos oxidantes como el nítrico, no resiste el ácido clorhídrico y las soluciones acuosas de bases fuertes como por ejemplo el hidróxido de sodio.
El Aluminio es rápidamente
corroído en presencia de
mercurio o sales de mercurio;
El cobre y sus aleaciones sufren
corrosión acentuada en presencia de soluciones amoniacales y en ácido nítrico;
El titanio sufre corrosión en ácido
fluorhídrico, aunque sea resistente a otros medio ácidos.
Por los ejemplos citados se verifica
que materiales considerados bastante resistentes a la corrosión pueden ser fácilmente corroídos cuando se usa un medio corrosivo específico. De este modo para considerarse la posibilidad del empleo de materiales se deberá hacer un estudio del
conjunto (entorno): material
metálico, medio corrosivo y
condiciones operacionales.
Como la corrosión tiene su base
científica bien definida, inicialmente se debe intentar esclarecer los
mecánicos de los procesos
corrosivos, a fin de indicar los métodos adecuados de protección o
inclusive modificaciones al
proyecto.
Como en el estudio de la corrosión se
envuelven conocimientos de
electroquímica, serán presentadas algunas consideraciones básicas sobre oxidación – reducción , potencial de electrodo y pilas , que son asuntos fundamentales para la
compresión de los procesos
electroquímicos envueltos en a corrosión.
CONCEPTOS - OXIREDUCCIÓN
Criterio Antiguo
Oxidación es la ganancia de Oxigeno
por una determinada substancia, y
Reducción es el retiro de Oxigeno de
otra substancia.
Se puede ejemplificar esto con las
siguientes reacciones, donde es un aporte de calor
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2Fe + O2 2Fe O (1)
4 Al + 3O2 2 Al2 O3 (2)
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2CO + O2 2CO2 (4)
WO3 + 3H2 W + 3H2 O (5)
En las ecuaciones (1), (2), (3) y (4)
se tienen ejemplos de Oxidación de
Hierro, Aluminio, Carbono y Monóxido de Carbono respectivamente.
En las ecuaciones (5) y (6) son
ejemplos de reducción del Oxido de Tungsteno y del Oxido de Hierro,
respectivamente.
En términos de Electrones
Oxidación es la perdida de electrones
por una especie química y
Reducción es la ganancia de
electrones por otra especie química.
Representación en términos de Electrones
Fe → Fe2+ + 2e (Oxidación del Hierro)
Cl2 + 2e → 2Cl- (Reducción del Cloro)
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En términos de Numero de Oxidación
Oxidación es el aumento algebraico
del numero de Oxidación.
Reducción es la disminución
Numero de Oxidación
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….-5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5….
Reducción
Comparación
Comparando los conceptos presentados, se verifica que:
El antiguo – Es restricto a las reacciones en que hay participación de oxigeno
En términos de Electrones – es mas amplio, no
solo considerando el Oxigeno
En términos de N° de Oxidación – No considera
el O ni los electrones, por lo tanto tiene un alcance mas amplio.
