Corrosion de Metales A

Corrosión de metales

DETERIORO Pérdida de las propiedades de un material por su interacción con el medio circundante. Incluye: • Corrosión • Degradación

POLÍMEROS ALGUNOS CERÁMICOS COMPUESTOS PIEDRA

DEGRADACIÓN

Proceso fisicoquímico

METALES ALGUNOS CERÁMICOS

CORROSIÓN

Proceso químico o electroquímico

Grupo de Corrosión y Protección. Proyecto Biofilm. Medellín, 2004.

CORROSIÓN Reacción química o electroquímica de un metal o aleación con el medio circundante con el consiguiente deterioro de sus propiedades

CORROSIÓN Ocurre cuando un metal reacciona con agentes químicos de ambiente que lo rodea para formar un “producto de corrosión”. Los diferentes metales tienen diversas tendencias de reacción

CORROSIÓN En el caso del hierro del acero:

Los productos de corrosión se denominan “herrumbre”…

…y son una mezcla de óxidos y oxihidróxidos de hierro

CICLO DE LOS METALES

Reacción básica de corrosión Me

Men+ + neOTRA DEFINICIÓN: tránsito de un metal de su forma elemental a su forma iónica o combinada

Proceso corrosivo: natural y espontáneo A mayor gasto energético para obtener el metal a partir del mineral, es mayor la tendencia del metal a volver a su estado combinado

IMPORTANCIA DE LA CORROSIÓN

Boeing 737, 1988

Grupo de Corrosión y Protección. Proyecto Biofilm. Medellín, 2004.

Consecuencias de la corrosión Efectos económicos Salud Seguridad Efectos culturales Efectos tecnológicos

Conservación No es sólo un problema económico …es una necesidad para la humanidad si quiere mantener su ritmo de crecimiento De nada sirve ahorrar energía o productos naturales, si no se conserva todo lo que con ello se produce

La corrosión no siempre es perjudicial

Esculturas Aceros inoxidables Arquitectura

Aceros autoprotectores

Corrosión electroquímica

Corrosión Electroquímica •Metales •Reacción heterogénea sólido-líquido •Mecanismo básico: pilas o celdas, que constan de un ánodo, un cátodo y un electrolito

Tipos de Celdas de Corrosión 1. Celdas Galvánicas - Celdas con electrodos distintos (diferentes metales). - Celdas en un mismo metal. 2. Celdas de aireación diferencial 3. Celdas de Concentración salina diferente 4. Celdas de Temperatura diferencial

Pilas o celdas galvánicas Diferentes metales

ánodo

cátodo

Se oxida el zinc

Se reduce el cobre

Electrolito

Pilas o celdas galvánicas Diferentes metales ánodo cátodo En la pila se está produciendo: - Una reacción de oxidación y otra de reducción - Una corriente eléctrica a través del hilo que une los dos electrodos - Una corriente iónica a través de la disolución en la que están sumergidos los electrodos.

Pilas o celdas galvánicas C a t ó d i c o

A n ó d i c o

Serie Galvánica

Pilas o celdas galvánicas Diferentes metales en el mismo medio

Pilas o celdas galvánicas Diferentes metales en agua

Electrólito (H2O)

Reducción del oxígeno

Fe2+ disolución de hierro

Fe

e-

Cu

Pilas o celdas galvánicas Diferentes metales en agua

Reacción catódica Electrólitos acuosos: H3O+, O2 disuelto Disoluciones neutras o alcalinas O2 + 2H2O + 4e4OHDisoluciones ácidas 2H3O+ + 2e2H2O + H2

Pilas o celdas galvánicas En el mismo metal Segregación de Aleantes.  Dos monocristales con distinta orientación  Una parte sujeta a esfuerzo y otra no.  heterogeneidades en el metal (impurezas, otras fases)  Tratamientos térmicos diferentes. 

Pilas o celdas galvánicas En el mismo metal

Pilas o celdas galvánicas En el mismo metal

Pilas o celdas galvánicas En el mismo metal

El pilar de Delhi Construído entre los siglos IV-V D.C.

15 siglos expuesto en clima tropical sin mostrar signos visibles de corrosión

Celdas de aireación diferencial Se compone de dos electrodos de un metal de la misma naturaleza pero con distinta concentración de oxígeno; inmersos en un medio agresivo.

Celdas de aireación diferencial

Corrosión electroquímica Características básicas     

Conformación de una pila de corrosión Zonas anódicas (que se disuelven) y catódicas Presencia de un electrolito Fundamentalmente a temperaturas menores que 100ºC Circulación de iones a través del electrolito y de electrones a través del metal o a través de un conductor entre dos metales.

Quien se corroe??

ΔV=2.63

Cual zona es anódica y cual es catódica??

Cátodo

Anodo

Cual zona es anódica y cual es catódica??

Cátodo

Anodo

Tipos de Corrosión

CORROSIÓN UNIFORME O GENERALIZADA Productos de corrosión

material Ataque mas o menos homogéneo sobre toda la superficie Relación directa entre pérdida de material, reducción de espesor y magnitud o gravedad del fenómeno

Corrosión generalizada en acero

CORROSIÓN UNIFORME

Zinc

CORROSIÓN UNIFORME

Cortes transversales de capas de productos de corrosión en acero Edwar A. Agudelo. Caracterización de productos de corrosión del acero en 12 meses de exposición atmosférica. Ingeniería de Materiales, Universidad de Antioquia, 2009.

Mecanismo ánodo cátodo

CORROSIÓN UNIFORME

Es posible predecir su avance

Tuberías

Es posible predecir su duración por medición de espesores

Tuberías

Corrosión uniforme extrema

Localizada

CORROSIÓN LOCALIZADA

Uniforme Sitios anódicos (en rojo) variables (alternancia)

Localizada Sitios anódicos (en rojo) fijos

CORROSIÓN LOCALIZADA

Ataque en zonas determinadas, que comienza en la superficie y penetra el material No hay relación directa entre pérdida de material y magnitud o gravedad del fenómeno Cantidad de productos de corrosión: poca o nula

CORROSIÓN LOCALIZADA

Variantes:

Corrosión por picaduras Corrosión en rendija Corrosión filiforme Corrosión selectiva

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS Picadura: cavidad o agujero, con diámetro superficial aproximadamente igual o menor que su profundidad

Ataque inesperado y rápido

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS Las picaduras tienden a desarrollarse y crecer en forma vertical y un número muy reducido en forma horizontal. El picado requiere de un periodo de iniciación extenso antes de ser visible. En la mayoría de los casos, estas perforaciones o picaduras son muy pequeñas, pero una sola perforación puede representar la falla del equipo

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS Caso más común: Picaduras causadas por haluros (sobre todo cloruros) en metales pasivados (acero inoxidable, aluminio)

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS

MECANISMO

ClNa+ H+ Me2+ OHO2

Proceso autocatalítico

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS

MECANISMO

ClNa+ H+ Me2+ OHO2

e-

e-

Proceso autocatalítico

MECANISMO

ClNa+ H+ Me2+ OHO2

Proceso autocatalítico

MECANISMO

ClNa+ H+ Me2+ OHO2 MeCl2 + H2O ↔ Me(OH)2 + HCl

Proceso autocatalítico

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS

Proceso autocatalítico en el acero

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS Se asocia a condiciones estancadas

Ejemplo: bomba de acero inoxidable (agua de mar)

Acero ordinario: mas resistente a las picaduras que el acero inoxidable, aunque su corrosión generalizada es más pronunciada

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS

EJEMPLOS Serpentín AISI 304L Ataque por cloruros en soldadura y ZAC 6 meses Agua de enfriamiento con cloruros Solución: Mejorar tratamiento antes, durante y después de soldar 04061203

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION POR PICADURAS

EJEMPLOS Tubería (exterior) AISI 316L

Ataque por cloruros 6 semanas Interior: agua potable Exterior: afectado por fuga de HCl de una línea que va por encima Solución: Reubicar línea de HCl 04051202

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION EN RENDIJA Se produce en zonas de difícil acceso en las cuales existen pequeños volúmenes de solución cuya renovación es muy difícil Metal B Metal A

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION EN RENDIJA

Intersticios Grietas Suciedad Incrustaciones Tornillos o remaches flojos entre metales ensamblados Alambres enrrollados Empaques que retengan agua

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION EN RENDIJA La rendija

Debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro. No se presenta en espacios más grandes Puede estar expuesta al aire o sumergida en medio acuoso

Mecanismo

ClH+ Mn+ OHO2

Mecanismo

ClH+ Mn+ OHO2

Mecanismo

ClH+ Mn+ OHO2

Mecanismo

ClH+ Mn+ OHO2

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION EN RENDIJA Prevención Diseño: suprimir zonas que retengan humedad, juntas soldadas en lugar de remaches, juntas impermeabilizadas y no porosas Disminuir agresividad del medio: reducir cloruros y/o acidez, reducir sólidos en suspensión, limpieza ocasional de la superficie

Materiales: aceros inoxidable con alto Cr, Ni, Mo

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION EN RENDIJA

EJEMPLOS Tubería enterrada sistema contraincendios AISI 316L 2 años Suelo heterogéneo (arena y acumulaciones de arcilla, sulfuros, cloruros) Solución: Cama de arena limpia y homogénea (aireación) Recubrimiento Acero al carbono, PVC 04101501

CORROSIÓN LOCALIZADA

CORROSION EN RENDIJA

EJEMPLOS Filtro-sistema de enfriamiento AISI 316

Ataque bajo el empaque 2 años Agua de mar Solución: Filtro plástico Sellar el espacio empaque-filtro 04061302

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión filiforme Caso particular de la corrosión en resquicio (aireación diferencial), aunque puede ocurrir en metales que no se pasivan Ocurre en metales recubiertos con una película fina (0,1 mm) orgánica o metálica.

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión filiforme -Morfología

 



Finos filamentos desde una o más fuentes, en direcciones semialeatorias. El ataque se inicia en una imperfección en el recubrimiento. Ancho grieta: 0,05 - 3 mm. (depende del tipo de recubrimiento y del ambiente corrosivo). Profundidad: aprox. 8 µm

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión filiforme -Mecanismo-

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión filiforme 

Común en la superficie de latas de alimentos o bebidas expuestas a una atmósfera húmeda (acero lacado).



Industria aeronáutica (al volar sobre océanos -ambientes salinos-): corrosión en algunas aleaciones de aluminio recubiertas con poliuretano

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión filiforme

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión filiforme Prevención Acero: galvanizado, pinturas rica en Zn Aluminio: cromatado o anodizado Películas de muy baja permeabilidad al agua Disminuir agresividad del medio: reducir humedad por debajo del 55% (ventiladores, desecadores) Materiales: Cu, aceros inoxidables austeníticos, Ti

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión selectiva Corrosión de tipo galvánico que ocurre solo en aleaciones

Disolución de uno de los componentes de una aleación

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión selectiva Fase más rica en cobre

Aleación C95800 (Ni-Al-Cu) Impulsor de bomba de una planta de tratamiento de aguas negras

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión selectiva Dezincificación de aleación Cu-Zn

Común en latones en contacto con aguas estancadas o que se mueven a baja velocidad. Se acelera con la T° y el contenido de oxígeno

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión selectiva Dezincificación de aleación Cu-Zn

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión selectiva Grafitización de fundición gris

El grafito se comporta catódicamente respecto al hierro en aguas ligeramente ácidas

CORROSIÓN LOCALIZADA

Corrosión selectiva

Grafitización de tubería en suelo húmedo

Uniforme Localizada Picaduras En rendija X Filiforme Selectiva

Uniforme Localizada X Picaduras En rendija Filiforme Selectiva

Uniforme Localizada Picaduras X En rendija Filiforme Selectiva

Uniforme X Localizada Picaduras En rendija Filiforme Selectiva

Uniforme Localizada Picaduras En rendija Filiforme Selectiva X

Uniforme Localizada X Picaduras En rendija Filiforme Selectiva

Uniforme Localizada Picaduras En rendija Filiforme X Selectiva

Uniforme Localizada Picaduras X En rendija Filiforme Selectiva

Uniforme X Localizada Picaduras En rendija Filiforme Selectiva