UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

Nombre: David Gualpa

Curso: 4 Mecatrónica A

Fecha: 16/07/15

CORROSIÓN EN LOS METALES

La corrosión puede definirse como la destrucción de un material por interacción química, electro química o metalurgia entre el medio y el ambiente.

La corrosión generalmente es muy lenta, pero de carácter persistente que en algunos casos se presenta en forma de una película delgada adherente que solo mancha o empaña el metal.

La principal causa de la corrosión es la inestabilidad de los metales en sus formas refinadas, los mismos tienden a volver a sus estados originales a través de procesos de corrosión.

Principios electroquímicos

La corrosión es un proceso electroquímico que origina parte o total del metal que está transformándose del estado metálico al iónico. La corrosión requiere un flujo de electricidad entre ciertas áreas de la superficie de un metal a través de un electrolito, el cual es cualquier solución que contiene iones. Estos son átomos o grupos de átomos eléctricamente cargados; por ejemplo, el agua pura contiene iones hidrogeno positivamente cargados (H+) y iones hidroxilo negativamente cargados (OH-) en cantidades iguales. Por tanto, el electrolito puede ser agua pura, agua salada o soluciones acidas o alcalinas de cualquier concentración. Para completar el circuito eléctrico debe haber dos electrodos, un ánodo y un cátodo, mismos que deben conectarse. Los electrodos pueden ser dos diferentes clases de metales o distintas áreas sobre la misma pieza del metal. La conexión entre el ánodo y el cátodo puede ser mediante un puente metálico, pero en la corrosión se lleva a cabo simplemente por contacto. Para que fluya la electricidad, debe haber una diferencia de potencial entre los electrodos.

Factores que influyen en la corrosión

Uno de los factores más importantes que influyen en la corrosión es la diferencia en potencial eléctrico de metales no similares cuando están acoplados conjuntamente y sumergidos en un electrolito.

Este potencial se debe a las naturalezas químicas de las regiones anódica y catódica

Alguna indicación de cuales metales pueden ser anódicos en comparación con el hidrogeno está dada por la serie estándar de fuerza automotriz, de la siguiente tabla:

Tipos de corrosión

CORROSIÓN UNIFORME: La corrosión uniforme puede ser descrita como una reacción de corrosión que ocurre por igual en toda la superficie del material, causando unA pérdida general del metal.

CORROSIÓN GALVÁNICA: es una corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito. El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones, dependiendo de las condiciones. La 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.

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

CORROSIÓN POR FISURAS O “Crevice”: Esta corrosión se forma 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.

CORROSIÓN POR RENDIJAS (Crevice corrosion)

Se produce en zonas donde el medio corrosivo tiene acceso restringido, como grietas que quedan entre superficies solapadas, filetes de rosca, debajo de depósitos sedimentados, etc.

Fig. 1: Representación esquemática de las diferentes formas de corrosión. En todos los casos el metal es visto en corte.

- CORROSIÓN INTERGRANULAR

La corrosión avanza por entre los granos cristalinos que conforman la microestructura del material metálico. Con una cantidad relativa muy baja de masa corroída se puede desintegrar el componente afectado, por lo que este tipo de alteración suele dar lugar a fallas catastróficas.

- CORROSIÓN BAJO TENSIONES

Es un fenómeno sinérgico entre la acción química del medio corrosivo y las acciones mecánicas sobre una determinada pieza. Como resultado, materiales que normalmente son resistentes a la acción del medio y diseñados con suficiente margen para resistir la solicitación, se rompen frágilmente cuando ambos ingredientes se presentan en forma simultánea. También provoca fallas catastróficas por lo sorpresivo de su aparición y porque al fragilizar el material éste se rompe relajando tensiones bruscamente, lo que da lugar a explosiones de componentes presurizados, caída de estructuras, etc.

- OTRAS FORMAS DE CORROSIÓN

Ya sea por la morfología o el mecanismo de ataque, se clasifican también los siguientes tipos de corrosión: corrosión-erosión, cavitación, corrosión filiforme, corrosión microbiológica, corrosión por placas, dealeado, corrosión fatiga, corrosión galvánica, daño por hidrógeno, rotura diferida, etc.

nóisorrocedotcudorPlateMetnarusifnóisorroC

ralunargretninóisorroCsajidnernenóisorroC

odacipropnóisorroCsacalpropnóisorroCemrofinunóisorroC

La Tabla 1 muestra la influencia de las distintas formas de corrosión sobre 313 casos analizados por el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas de España. Este censo se realizó en industrias que no poseían grupos propios de trabajo en Corrosión. Si se incluyen éstos, los casos de Corrosión Generalizada se reducen drásticamente, ya que generalmente resultan más fáciles de prevenir.

Tabla 1: Incidencia de falla de cada forma de corrosión.Tipo de Corrosión Porcentaje

Generalizada 31,50

Corrosión bajo tensión 21,60

Picado 15,70

Intergranular 10,20

Corrosión-erosión 7,40

Corrosión-fatiga 1,80

Corrosión en rendijas 1,80

Cavitación 1,10

Dealeado 1,10

Fretting 0,50

RESUMEN DE MÉTODOS DE PREVENCIÓN Y/O SOLUCIÓNDE PROBLEMAS DE CORROSIÓN.

OBJETIVO MECANISMO MÉTODO PRODUCTOTrabajar en zona catódica

Mantener potencial de trabajo del electrodo por debajo del equilibrio

1) Ánodo de sacrificio2) Corriente impresa

Evitar picado

Desconocido Agregar Mo en aceros a T amb. AISI 316Bajar acidez Elevar el pHConsumir protones Agregado de aleantes Cu, Ag, Pt Al-Cu, aceros

AgProtección Anódica Mantener E < EP

Inhibición NO3- para Al en Cl-, buffers, etc.

EvitarCorrosión en Rendijas

Acciones similares que para el caso de Corrosión Por PicadoEvitar Rendijas Mejoras en el diseño

EvitarCorrosión

Evitar carburos en aceros austeníticos

Reducir [C] < 0.02% AISI 304 y 316“L”

Intergranular

Consumir el carbono AISI 321 y 347

Evitar precipitación Solubilizar y templarPrecip. Homogénea Grano fino, trabajado mecánico

Evitar SCCBajar σ residuales Tratamientos térmicosBajar σ aplicadas Corregir diseñoPrevención Evitar combinaciones dañinas

Bibliografía

1. Sydney H. Avner, Introducción a la metalurgia física, Mc Graw-Hill, México, 1985.

2. Javier Ávila, Joan Genesca, Mas allá de la herrumbre I y II, Colección “La ciencia desde México”, #9 y #79 SEP-FCE, México, 1986 y 1989.

3. Green Fontana, Engineering corrosion, McGraw-Hill, Tokyo, 1982.4. Zbigniew D. Jastrzebki, Naturaleza y propiedades de los materiales para

Ingenieria, 2da. Edición, ed. Interamericana, México 1979.

PULVIMETALURGIA

La pulvimetalurgia es un proceso de conformación metálica, como la forja, o el moldeo, Esta técnica presenta un control dimensional muy exacto. La pulvimetalurgia abarca las etapas comprendidas desde la obtención de polvos metálicos hasta las piezas acabadas, es decir, producción de polvos, mezcla, aglomeración, sinterización y acabado. Su competidor más directo es el moldeo de precisión o moldeo a la cera perdida. La industria pulvimetalúrgica se basa en la producción de grandes series en las cuales el costo del mecanizado influye decisivamente en el costo del producto sinterizado.

PROCESO

En este proceso se preparan aleaciones mezclando los polvos metálicos secos, en ocasiones, combinados con otros elementos como cerámicos o polímeros, prensándolos a alta presión y calentándolos después a temperaturas justo por debajo del punto de fusión del metal principal durante el tiempo suficiente para que se enlacen las partículas

de los diferentes polvos; el resultado es una aleación sólida y homogénea con propiedades especiales. El desperdicio de materiales es reducido; admite combinaciones o mezclas poco comunes, y permite lograr grados de porosidad y permeabilidad controlados

Estas características hacen que la pulvimetalurgia se identifique como un proceso eficiente, de alta productividad, con ahorro de energía y materias primas. Consecuentemente, la tecnología de polvos, está creciendo y reemplazando métodos tradicionales para conformar piezas metálicas como la fundición y la forja. Además, es una técnica de manufactura flexible y útil para un amplio rango de aplicaciones, como por ejemplo compuestos resistentes al desgaste, filamentos de tungsteno para ampolletas, restauraciones dentales, rodamientos auto-lubricantes, engranes de transmisión para automóviles, componentes eléctricos, refuerzos para tecnología nuclear, implantes ortopédicos, filtros, pilas recargables, y piezas para aeronaves. Otros ejemplos son los discos de esmerilar, brocas y herramientas de corte y desbaste.

FABRICACIÓN DE POLVOS

La pulvimetalurgia comienza con la fabricación de los polvos metálicos; y aunque todos los metales pueden producirse en forma de polvo, no todos cumplen con las características necesarias para poder conformar una pieza.

Los dos metales más utilizados para la producción de polvo para la fabricación de componentes son el cobre y el hierro; como reemplazo del cobre se utilizan el bronce para hacer cojinetes porosos y el latón para pequeñas piezas de maquinaria, además se combinan latón y acero para partes estructurales; también, aunque en menor proporción, se emplean polvos de acero inoxidable, níquel, plata, tungsteno, tantalio, titanio, cobalto, zirconio, grafito, aluminio y diferentes carburos y óxidos metálicos. La selección y aplicación de un polvo dependen del tipo de material y los objetivos que se quieran alcanzar, por esto, en la industria se eligen los polvos según su forma, tamaño y distribución de las partículas, además de su pureza, densidad, velocidad de flujo y compresibilidad, ya que estas características determinan las propiedades finales de las piezas.

Para la producción de polvos metálicos existen diversos procedimientos, la fabricación se realiza por métodos químicos y electrolíticos; pero sobre todo por pulverización de metales líquidos mediante chorro de aire comprimido o con chorros de vapor de agua.

Pulverización Líquida: Con este método, el metal fundido es separado en pequeñas gotas que luego son congeladas rápidamente antes de que se vuelvan a fusionar entre ellas o con una superficie sólida. Después se desintegran al someterlas al impacto de fuertes flujos de gas (se usan comúnmente aire, nitrógeno y argón) o de líquido (normalmente agua). La principal ventaja de la pulverización es su flexibilidad, pues al modificar diferentes parámetros del proceso se puede controlar el tamaño de las partículas y producir polvos de diferentes grados de finura; es el método más utilizado para metales que tienen bajos puntos de fusión, como estaño, plomo, zinc, cadmio y aluminio.

Reducción en Estado Sólido o Reducción de Óxido: Este proceso ha sido durante mucho tiempo el más utilizado para la producción de polvo de hierro; la materia prima

seleccionada es macerada o triturada, mezclada con carbón y pasada por un horno continuo; este mé- todo crea una especie de esponja de hierro que después se tritura nuevamente, se separan los materiales no metálicos y se tamiza para producir el polvo; debido a que no se hace ningún refinamiento, la pureza del polvo depende de la pureza de la materia prima. Este es el único método práctico disponible para producir polvos de metales refractarios, como tungsteno y molibdeno, también es una técnica económica para producir polvos de hierro, níquel, cobalto y cobre.

Electrólisis: El metal a pulverizar, que actúa como ánodo, se sumerge en tinas con un electrolito; mientras los tanques actúan como cátodos, el hierro o metal se mueve de los ánodos hacia los cátodos depositándose

ELABORACIÓN DE COMPONENTES

Una vez obtenidos los polvos metálicos, el proceso para conformar una pieza por pulvimetalurgia se puede resumir en tres etapas:

Dosificación y Mezcla: Los polvos metálicos se deben mezclar con sus respectivas adiciones (dependiendo de las propiedades deseadas para la pieza terminada), para crear una mezcla homogénea de ingredientes. Generalmente, para obtener las características requeridas es necesario mezclar polvos de tamaños y composiciones diferentes; igualmente, se pueden añadir aditivos que actúen como lubricantes durante el compactado o aglutinantes (estearato de zinc) que incrementen la resistencia del compactado crudo. El tiempo de mezclado puede variar desde unos pocos minutos hasta varios días, dependiendo del material y de los resultados deseados.

Compactado: Esta es la operación más importante dentro de la metalurgia de polvos, en ella se introduce la mezcla en un molde de acero o carburo rígido y se compacta bajo presión hasta obtener una pieza con la forma y el tamaño deseado. La mayor parte del compactado se hace en frío, aunque hay algunas aplicaciones para las cuales la mezcla se presiona en caliente; la compresión en caliente produce mayor exactitud de la pieza. El objetivo de la presión es unir las partículas, generar enlaces entre los átomos e incrementar la densidad de la mezcla. En teoría, si un polvo se comprime lo suficiente, alcanzará el 100 por ciento de la densidad y la resistencia del metal original al ser sinterizado.

Sinterizado: En esta etapa la mezcla comprimida adquiere la resistencia y fuerza definitiva. Las piezas se introducen en un horno con temperatura controlada que no excede el punto de fundición del metal base (entre el 60 y 90 por ciento antes de la fusión), con esto se logra la difusión atómica del material y la unión entre los diferentes polvos, lograda durante el proceso de compactación, y se fortalecen los enlaces metalúrgicos para formar una pieza uniforme con propiedades especiales. En la mayoría de los casos se usan hornos eléctricos pero si se necesitan temperaturas superiores, se utilizan múltiples tipos de hornos, todo depende de los polvos que se empleen, por lo que existen tantas temperaturas de sinterización como materiales utilizados.

La pulvimetalurgia en el futuro

La pulvimetalurgia es un método a tener en cuenta para fabricar muchas de las piezas que normalmente utiliza la industria, tanto la nacional como la internacional. Las propiedades mecánicas alcanzadas en estas piezas son a veces inalcanzables por cualquier tipo de fabricación, trayendo beneficios importantes tanto en lo económico (costos de piezas y mantenimiento) como en funcionamiento de la máquina que utilice la pieza fabricada por este método.

Está claro que a medida que los conocimientos en esta materia aumenten, aparecerán muchas más aplicaciones para la PM, la mayoría de los usos actuales se basan en la eficiencia de los procesos.

El futuro promete novedosos materiales que combinen el ahorro de los costos y factores como la calidad, dureza, control de dimensión y la capacidad de formar piezas exclusivas. Recientes, investigaciones sobre los polvos metálicos ofrecen esperanza para aplicaciones aun más diversas, incluyendo aleaciones magnéticas de alta solidificación, aleaciones nuevas para aeronaves y estructuras de alta dureza involucrando micro estructuras a escalas muy pequeñas.

En este sentido, es de esperarse que la demanda cada vez mayor de materiales con altas especificaciones, así como de nuevas aleaciones, abran paso a que la pulvimetalurgia se convierta en una de las tecnologías de procesado de materiales de mayor crecimiento en la industria.

Bibliografía

Tecnología de los oficios metalúrgicos. Autores A. Leyensetter, G. Würtemberger, Carlos Sáenz de Magarola Editor Reverte, 1974.

http://cipem.uniandes.edu.co/ www.siame.gov.co/ www.cga.com.co/ http://materiales.eia.edu.co/