JOAQUIN CARDENAS

CORROSION• DEFINICION

Corrosión es la destrucción de un cuerpo sólido causada por un ataque no provocado, de naturaleza química o electroquímica que se inicia en la superficie y por consiguiente produciendo el deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas.

CORROSION• Las características fundamental de este fenómeno,

es que sólo ocurre en presencia de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas anódicas y catódicas:

Región anódico: Me = Me +n + n.e-

Región catódico: Me +n + n.e- = Me

• En la región anódica oxidación (corrosión)• En la región catódica la inmunidad del metal.

CORROSION

CORROSION• La corrosión de los metales también puede ser

considerada como el proceso inverso de la metalurgia extractiva.

• Los óxidos, sulfatos, carbonatos o silicatos, la energía son más bajas que en estado metálico más altas, formando compuestos mas estables.

CORROSION - OXIDACION• La oxidación es la combinación del metal con el

oxígeno del aire (Oxidación seca) Para metales con valencia 2, la reacción que tiene lugar es:

M + 1/2O2 MO • Esta reacción se descompone en una de oxidación y

otra de reducción: Oxidación del metal: M M +2 + 2eReducción del oxígeno : 1/2O2 + 2e O2

• El óxido aparece en la superficie y pueden TOMAR VARIAS FORMAS

CORROSION - OXIDACIONM M+n + ne

CORROSION - OXIDACION• El óxido aparece en la superficie y pueden darse

varios casos:1. Que la capa de óxido ocupe una superficie menor que el del metal, por lo que la capa de oxido es porosa y permite que la oxidación siga avanzado.

CORROSION - OXIDACION2. Que la capa de óxido ocupe toda la superficie del metal del que se formó (Ejemplo. Al ), con lo que la capa de óxido es muy adherente e impermeable y tras formarse la película inicial del metal ya no sigue oxidándose.

CORROSION - OXIDACION3. Que la capa de óxido ocupe un volumen mayor que el metal del que se formó, como el Fe, con lo que la capa es inicialmente protectora, pero al incrementarse su grosor aparecen tensiones que hacen que se desquebraje y se de desprenda, continuando la oxidación

CORROSION - EFECTOS• El efecto de la corrosión es, en el peor de los casos,

la destrucción total de un componente, pero también da lugar a otros problemas:– fugas en tanques o conducciones,– merma de resistencia mecánica en estructuras o en

partes de máquina– desviaciones del funcionamiento normal de equipos,

• Desde el punto de vista económico se distinguen dos tipos de pérdidas debidas a la corrosión, las directas y las indirectas

CORROSION - VELOCIDAD• La corrosión es un fenómeno dinámico. Su

velocidad depende de:– las características del medio agresivo (acidez,

potencial redox, conductividad, etc.)– El tipo de productos resultantes de la corrosión

(solubles o insolubles, continuos e impermeables o discontinuos y permeables)

CORROSION - VELOCIDAD

–La velocidad de circulación del medio agresivo respecto al material agredido (a mayor velocidad mayor renovación del medio agresor, mayor eliminación de productos de la agresión y posibilidad de acciones mecánicas de erosión con eliminación de posibles películas protectoras)

CORROSION - VELOCIDAD–La formación de películas o depósitos

protectores, de la presencia de fenómenos electrolíticos (circulación, corriente eléctrica, formación de pilas locales o generales)

–La temperatura (a mayor temperatura, mayor corrosión)

CORROSION - VELOCIDAD• En muchos casos, la corrosión se reduce a un

fenómeno electroquímico.• El espesor x del óxido, en función del tiempo t,

varía:

a) linealmente: x = k1 t + K2

b) parabólicamente: x2 = k3 t + K4 k = A e(-E/RT)

c) logarítmicamente: x = A log (Bt + C)

CINÉTICA DE LA OXIDACIÓN• La velocidad de oxidación de metales se expresa

como ganancia en peso por unidad de área

CINÉTICA DE LA OXIDACIÓN• La velocidad de oxidación de metales se expresa

como ganancia en peso por unidad de área

• Si el óxido es poroso: Relación lineal: m = KL·t

O2 tiene acceso continuo al metal• Si la capa no es porosa y existe difusión iónica:

Relación parabólica: ( m)2 = KP·t

- Si la capa no es porosa y no existe difusión electrónica: Relación logarítmica: m = Ke·ln(c·t + a) (c, a = ctes.)

CINÉTICA DE LA OXIDACIÓN• Si el óxido es poroso: Relación lineal: m = KL·t

• Si la capa no es porosa :

Relación parabólica: ( m)2 = KP·t

- Si la capa no es porosa y no existe difusión electrónica:

Relación logarítmica: m = Ke·ln(c·t + a) (c, a = ctes.)

TIPOS DE CORROSIONLa corrosión galvánica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión. ocurre cuando metales diferentes se encuentran en contacto, ambos metales poseen potenciales eléctricos diferentes lo cual favorece la aparición de un metal como ánodo y otro como cátodo, a mayor diferencia de potencial el material con más activo será el ánodo.

TIPOS DE CORROSION

CORROSION UNIFORME

• CORROSIÓN UNIFORME: La corrosión uniforme puede ser descrita como una reacción de corrosión que ocurre por igual en toda la superficie del material, causando un pérdida general del metal.Toda la superficie del metal / aleación se corroe a igual velocidad (Por ej.: Zn / HCl Electropulido)⇒

En la corrosion uniforme se tiene:• Velocidad uniforme para toda el área expuesta• No se distingue área anódica de catódica• Modo de ataque poco frecuente• Para diseño:

CORROSION UNIFORME

• Corrosión en placas: Incluye los casos intermedios entre corrosión uniforme y corrosión localizada. El ataque se extiende más en algunas zonas, pero se presenta aún como un ataque general.

CORROSION LOCALIZADA

Corrosión en placas:No existe velocidad uniforme superficialModo de ataque muy difundidoPor ej.: Fe/ H2OEl mayor tonelaje de metal se destruye por

corrosión de este tipo


• Corrosión por picado: Durante el picado, el ataque se localiza en puntos aislados de superficies metálicas pasivas, propagándose hacia el interior del metal en forma de canales cilíndricos. Este tipo de ataque, así como el intergranular y el fisurante, son las formas más peligrosas bajo las cuales se puede presentar la corrosión.


• Formas de Corrosión por picado


• Corrosión intergranular: Como su nombre indica, la corrosión intergranular ocurre preferentemente a lo largo de los límites de grano de algunas aleaciones en ambientes específicos y, como consecuencia, la muestra se desintegra a lo largo de los límites de grano. Este tipo de corrosión predomina en algunos aceros inoxidables


• Corrosión intergranular: Cuando el aceros inoxidables se calientan a temperaturas comprendidas entre los 500 y los 800°C durante periodos de tiempo suficientemente largos, se sensibilizan para el ataque intergranular.


Se cree que este tratamiento térmico permite la formación de pequeñas partículas de precipitados de carburo de cromo (Cr23C2) por reacción entre el cromo y el carbono en el acero inoxidable

CORROSION LOCALIZADACorrosión IntergranularEn la soldadura delacero inoxidable, laCorrosión Intergranularse convierte en un problema grave,Denominadosensibilización porsoldadura.

• Corrosión fisurante: Se conoce como corrosión bajo tensiones. Se presenta cuando un metal está sometido simultáneamente a la acción de un medio corrosivo y de tensiones mecánicas de tracción. Se forman fisuras que pueden ser intergranulares y que se propagan hacia el interior del metal, se puede llegar hasta la fractura del metal. La velocidad de propagación oscila en general entre 1 y 10 mm/hora.


• Corrosión fisurante:


• Corrosión química: Bajo esta denominación se estudian aquellos casos en que el metal reacciona con un medio no-iónico (por ejemplo oxidación en aire a altas temperaturas). Supongamos que exponemos una superficie metálica limpia a la acción del oxígeno, el metal comenzará a reaccionar con el oxígeno formando óxidos.

CORROSION QUIMICA

• Corrosión química: Por ejemplo una pieza de Fe (metal que presenta más de una valencia) calentada al aire seco, por encima de 500ºC se oxida a apreciable velocidad formando una película con la siguiente estructura:

• Se han producido reacciones redox sin la intervención de iones en solución y no ha habido corrientes eléctricas recorriendo el metal.

•

CORROSION QUIMICA

• Corrosión electroquímica: A temperatura ambiente la forma de corrosión más frecuente y más seria es de índole electroquímica, este tipo de corrosión implica un transporte de electricidad a través de un electrolito. En los procesos de corrosión electroquímica circulan, sobre el material expuesto a corrosión, corrientes eléctricas. Se demostró que durante la corrosión se cumplen las leyes de Faraday.

CORROSION ELECTROQUIMICA

• Corrosión electroquímica: Las causas más frecuentes de estas corrientes eléctricas son:– El contacto de dos materiales diferentes, tal como ocurre

con el hierro en contacto con el cobre, el aluminio en contacto con el cobre, el cobre en contacto con el zinc, etc. La unión de dos partes de un mismo metal mediante un material de soldadura (Ej: Fe con Sn-Fe).

– Presencia de fases diferentes de una misma aleación. Ej: aceros inoxidables.


• Corrosión electroquímica: - Presencia de óxidos conductores de electrones. Por ejemplo óxido de laminación en chapas de Fe. - Diferentes grados de aireación de una pieza metálica. - Corrientes inducidas por circuitos eléctricos mal aislados. Tal es el caso de corrientes vagabundas en estructuras metálicas enterradas. - Impurezas, tensiones en el metal, etc.


• Corrosión electroquímica: Los factores antes mencionados hacen que en el metal existan zonas de diferente potencial, es decir aparecen zonas anódicas y zonas catódicas (micro electrodos) que convierten al cuerpo metálico junto con el medio agresivo en un gran conjunto de micro pilas electroquímicas. El medio agresivo puede ser la delgada capa de humedad que casi inevitablemente recubre a todo cuerpo expuesto al aire atmosférico


• Corrosión electroquímica:


TIPOS DE CORROSION

Corrosión galvánica del magnesio moldeado alrededor de un núcleo de acero.

FORMAS DE CORROSIONCORROSÓN POR PICADURA O “Pitting”Las picaduras ocurren como un proceso de disolución local anódica donde la pérdida de metal es aumentada por lapresencia de un ánodo pequeño y un cátodo grande. Las picaduras suelen ser de pequeño diámetro (décimas de milímetro).

FORMAS DE CORROSION

CORROSÓN POR PICADURA O “Pitting”

FORMAS DE CORROSION

CORROSÓN POR PICADURA O “Pitting”

FORMAS DE CORROSION• CORROSIÓN POR FISURAS O “Crevice”: • Alrededor

del hueco formado por contacto con otra pieza de metal igual o diferente a la primera o con un elemento no metálico.

• El proceso de pitting y el crevice tienen en común que el agresivo químico está semiestancado, situación de ánodo localizado.

FORMAS DE CORROSION

FORMAS DE CORROSION

FORMAS DE CORROSION• CORROSIÓN POR EROSIÓN: Al combinar la acción del

ataque químico y la abrasión mecánica o desgaste, como consecuencia del movimiento de un fluido, se origina la corrosión por erosión.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSIÓN

METAL heterogeneidades químicas discontinuidades estructurales tensiones internas

PIEZA estado de la superficieradio de curvaturapiezas en contactoesfuerzos a que está sometida (tracción

favorece la corrosión)MEDIO AMBIENTE naturaleza (ácido, básico, salino ..)

concentración de aniones ( Cl, SO4, NO3) y cationes

concentración de oxígeno. Efecto evans

temperatura, presión, conductividad,

luminosidad, etc.

FACTORES DE LA CORROSIONLa corrosión ocurre en muchas y muy variadas formas, pero su clasificación generalmente se basa en uno de los tres siguientes factores: 1.- Naturaleza de la substancia corrosiva. La corrosión puede ser clasificada como húmeda o seca, para la primera se requiere un líquido o humedad mientras que para la segunda, las reacciones se desarrollan con gases a alta temperatura.

FACTORES DE LA CORROSION2.- Mecanismo de corrosión. Este comprende las reacciones electroquímicas o bien, las reacciones químicas. 3.- Apariencia del metal corroído. La corrosión puede ser uniforme y entonces el metal se corroe a la misma velocidad en toda su superficie, o bien, puede ser localizada, en cuyo caso solamente resultan afectadas áreas pequeñas.

Factores de la corrosion

FACTORES DE LA CORROSION• Pilling y Bedworth establecieron, en 1923, un

criterio racional para determinar cuándo un óxido formado resulta protector y cuándo no. Ellos postularon que “Si el volumen del óxido formado es menor que aquél del metal que reemplaza se tendrá un óxido de estructura porosa. Si lo opuesto es cierto se forma una capa homogénea continua de oxido”.

FACTORES DE LA CORROSION• Esta aseveración se puede cuantificar introduciendo

el Coeficiente de Pilling y Bedworth (P&B), que viene dado por:

• M y D: peso molecular y densidad del óxido MeaOb, respectivamente m y d: peso atómico y densidad del metal Me, respectivamente n: N° de átomos del Me por molécula de óxido

nmD

Md

metaldelVolumen

oxido deVolumen B & P. deRelación

FACTORES DE LA CORROSIONVisualización del criterio de Pilling

y Bedworth.

FACTORES DE LA CORROSIONMecanismos de oxidación: (función de la razón R)

Aluminio - Al2O3 1,29 Litio - Li2O 0,57Bario - BaO 0,69 Magnesio - MgO 0,81Cadmio - CdO 1,21 Manganeso - MnO2 2,27Calcio - CaO 0,64 Níquel - NiO 1,70Cesio -Cs2O 0,47 Plomo - PbO 1,28Circonio - ZrO2 1,49 Potasio - K2O 0,45Cobalto - CoO 1,75 Silicio - SiO2 1,89Cobre - Cu2O 1,67 Sodio - Na2O 0,58Cromo - Cr2O3 2,02 Titanio - TiO2 1,76Estaño - SnO 1,28 Torio - ThO2 1.35Estroncio - SrO 0,65 Tungsteno - WO2 1.88Hierro - Fe3O4 2,10 Zinc - ZnO 1,59

FACTORES DE LA CORROSION

• Si: R < 1 Tipo 1, el óxido producido es poroso, el O2 difunde a través de los poros reaccionando en la interfase metal-óxido (metales alcalinos)

FACTORES DE LA CORROSION• R 1 Tipos 2-4, el óxido es

más denso y el mecanismo de formación puede ser:

Reacción de oxidación ocurre en interfase aire-óxido

Reacción de oxidación ocurre en interfase metal-óxido

Mecanismo combinado de los dos anteriores.

SERIE GALVÁNICA• Si ponemos dos metales en contacto, el que tiene

un Ecorr más negativo tiene un exceso de actividad electrónica, que se cede al metal o aleación más positiva.

• M metal más activo que N • M → Mn+ + ne la velocidad aumenta por

pérdida de electrones: Ánodo en la célula galvánica • N → Mm+ + me la velocidad decrece por ganancia

de electrones: Cátodo en la célula galvánica

SERIE GALVÁNICA

SERIE GALVÁNICA• La serie galvánica es una lista de los potenciales de

corrosión para varias aleaciones útiles y metales puros (rango de potenciales). Los potenciales vienen medidos con respecto a un determinado electrodo de referencia. En ocasiones sólo aparece listado el orden de potenciales. Se proporcionan para ambientes de trabajo simulado o real. Sirve únicamente para dar tendencias.

SERIE GALVÁNICA

SERIE GALVÁNICA• Cuanto más negativo sea el potencial de una

aleación más fácilmente es atacada por corrosión galvánica.

• Cuanto menor sea la diferencia de potencial de los metales que se acoplan, menor es la velocidad de corrosión.

SERIE GALVÁNICA• El empleo de distintos metales en una solución

corrosiva no significa que la corrosión galvánica sea inevitable. Los factores que influencian la corrosión galvánica incluyen:a) Conductividad del circuito: Tiene que existir el contacto entre metales diferentes en una solución de alta conductividad para que se produzca el ataque galvánico.

SERIE GALVÁNICA• b) Potencial entre ánodo y cátodo: la posición que

ocupa cada metal en la serie galvánica determina el potencial y la dirección del flujo de corriente cuando se compone una celda. El metal que ocupa la posición más alta en la serie constituye el cátodo. El otro metal es el ánodo y, debido a ello, es el que resulta atacado por la acción de la celda. El potencial se incrementa cuanto más apartadas unas de otras son las posiciones ocupadas por cada metal en la serie.

SERIE GALVÁNICA• c) Polarización: Este efecto

es el que se produce sobre los electrodos de una celda galvánica por el depósito sobre los mismos de los gases liberados por la corriente. La evolución de los iones de hidrógeno puede cambiar de pasiva en activa la superficie del acero inoxidable, acelerando así la corrosión del ánodo.

SOLUCIÓNMETAL

G

E<Eeq ΔG > 0 DEPOSICIÓN

E>Eeq ΔG < 0 DISOLUCIÓN

E=Eeq ΔG = 0 EQUILIBRIO

+

+

+

+

SERIE GALVÁNICA• d) Areas relativas del cátodo y ánodo: el área

relativa de las superficies ejerce un efecto pronunciado sobre el daño producido por la acción galvánica. Un pequeño ánodo con un cátodo grande produce una corriente de elevada densidad y acelera la corrosión en el ánodo. Deberán evitarse las pequeñas áreas del metal menos noble. No se utilizarán piezas de sujeción de aluminio para el acero inoxidable. En cambio, el empleo de piezas de sujeción de acero inoxidable para aluminio da resultados satisfactorios.

SERIE GALVÁNICA• e) Relación geométrica entre superficies de

distintos metales: Un borde o una esquina del metal menos noble no deberá estar en contacto con el centro de un área de gran superficie del metal que ha de constituir el cátodo si llega a formarse una celda galvánica

Control de la corrosión – Diseño

evitar estancamiento líquido, uniones , pares galvánicos, ángulos vivos, ángulos de tuberías

– Modificación del mediobajar temperatura, inhibidores (cromato sódico, nitrato sódico, tanino, sales de Ca y Mg)

– Protección catódica Incorporar ánodos que suministren mas e- que

zona anódica, ánodos de sacrificio

Control de la corrosión

– Modificación del proceso. elegir material para que su forma o ambiente no favorezcan la corrosión

– Recubrimientosmetálicos. Electrolíticamente, inmersión, difusión, etcfosfatado sobre chapa de acero anodizado del aluminiotratamiento superficial (pavonado con baño de sosa a 143ºC)

orgánicos, como pinturas, barnices, lacas, asfaltos, resinas, platicos, etcinorgánicos, como vidrio

Control de la corrosión

– Protección anódica formación de películas pasivas protectoras

alimentadas con débiles corrientes

– Modificación del metalaumentar pureza (Zn), alearlo (acero inox., bronce, latón), tratamientos térmicos,

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