Gourt Home::Gourt :: Corrosión
La corrosión es definida como el deterioro de un material metálico a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción química (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, la salinidad del fluido en contacto con el metal y las propiedades de los metales en cuestión.
Los más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).
Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros...) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura...).
Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo. (Unos cuantos nanómetros o picómetros invisibles en cada pieza, pero multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo...) Se calcula en general que su costo económico no es inferior al 2% del producto interno bruto.
La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico-química).
= Definiciones básicas =
Primeramente hay que definir que la corrosión es principalmente un fenómeno electroquímico.
Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro.
Cuando desde una especie química cede y migran electrones hacia otra especie se dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo y se verifica la oxidación, y aquella que los recibe se comporta como un cátodo y en ella se verifica la reducción.
Para que esto ocurra entre las especies debe existir un diferencial electroquímico, si separamos una especie y su semirección se le denominara semipar elecroquímico, si juntamos ambos semipares se formará un par electroquímico.
Cada semi par esta asociado a un Potencial de reducción(antiguamente se manejaba el concepto de Potencial de oxidación).
Aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción mas positivo procederá como una reducción y viceversa, aquel que exhiba un Potencial de reducción mas negativo procederá como una oxidación.
Este par de metales constituye la llamada Pila galvánica. En donde la especie que se oxida(ánodo, lease Ánodo) cede sus eletrones y la especie que se reduce(cátodo).
En un medio acuoso, la oxidaxión del medio se verifica mediante un electrodo especial llamado Electrodo ORP que mide en milivolts la conductancia del medio.
Aproximación a la corrosión de los metales
La corrosión de los metales es un fenómeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinámica de la mayoría de los metales. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteorítico) los metales están presentes en la Tierra en forma de óxido, en los minerales (como la bauxita si es aluminio, la hematita si es hierro...). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los óxidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosión, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el óxido.
La corrosión es una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen dos factores:
- la pieza manufacturada y
- el ambiente.
- este tipo de acero contiene elementos de aleación (cromo, níquel) que se oxidan; a esta capa de óxido se debe la protección del acero;
- no está protegido más que en ciertos tipos de ambiente, y se corroerá en ambientes distintos.
Además, el material del que está hecha la pieza no es el único parámetro. La forma de la pieza y los tratamientos a los que se la somete (conformación, soldadura, atornillado) tienen un papel primordial. Así, un montaje de dos metales diferentes (por ejemplo, dos variedades de acero, o el mismo acero con tratamientos diferentes)puede dar pie a una corrosión acelerada; además, a menudo se ven trazas de herrumbre en las tuercas. Asimismo, si la pieza presenta un intersticio (por ejemplo, entre dos placas), ahí puede formarse un medio confinado que evolucionará de un modo diferente del resto de la pieza y, por lo tanto, podrá llegar a una corrosión local acelerada. De hecho, toda heterogeneidad puede desembocar en una corrosión local acelerada, como, por ejemplo, en los cordones de soldadura.
= Protección contra la corrosión. =
La corrosión es, pues, un fenómeno que depende del material utilizado, de la concepción de la pieza (forma, tratamiento, montaje) y del ambiente. Se puede influir entonces en estos tres parámetros; se puede influir también en la reacción química misma.
Elección del material
La primera idea es escoger todo un material que no se corroa en el ambiente considerado. Se pueden utilizar aceros inoxidables, aluminios, cerámicas, polímeros (plásticos), etc. La elección también debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicación (masa de la pieza, resistencia a la deformación, al calor, capacidad de conducir la electricidad, etc.).
Cabe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables; hasta el aluminio se puede corroer.
Concepción de la pieza
En la concepción, hay que evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general.
Hay que prever también la importancia de la corrosión y el tiempo en el que habrá que cambiar la pieza (mantenimiento preventivo).
Dominio del ambiente
Cuando se trabaja en ambiente cerrado (por ejemplo, un circuito cerrado de agua), se pueden dominar los parámetros que influyen en la corrosión; composición química (particularmente la acidez), temperatura, presión... Se puede, v.g., agregar productos llamados "inhibidores de corrosión". Un inhibidor de corrosión es una substancia que, añadida a un determinado medio, reduce de manera significativa la velocidad de corrosión. Las substancias utilizadas dependen tanto del metal a proteger como del medio, y un inhibidor que funciona bien en un determinado sistema puede incluso acelerar la corrosión en otro sistema.
Sin embargo, este tipo de solución es inaplicable cuando se trabaja en medio abierto (atmósfera, mar, cuenca en contacto con el medio natural, circuito abierto...)
Los Inhibidores de la corrosión
Por aislación del medio.
Existen distintos medios, medios para impedir que ocurra la reacción química. Como primera medida de protección se puede aislar la pieza del ambiente, dándole una mano de pintura, cubriendo la pieza de plástico, haciendo un tratamiento de superficie (por ejemplo, nitruración, cromatación o proyección plasma).
Por galvanismo anódico.
También se puede introducir otra pieza para perturbar la reacción; es el principio del "ánodo de sacrificio". Se coloca una pieza (a menudo de zinc) que se va a corroer en lugar de la pieza que se quiere proteger; la reacción química entre el ambiente y la pieza sacrificada impide la reacción entre el ambiente y la pieza útil. En medio acuoso, basta con atornillar el ánodo sacrifical a la pieza que se debe proteger. Al aire, hay que recubrir totalmente la pieza; es el principio de la galvanización. Este método se usa ampliamente en la Ingeniería naval.
Por galvanoplastía.
La pieza se puede recubrir con una película de otro metal eleectrodepositado cuyo potencial de reducción es más estable que el alma de la pieza. Existe el niquelado, el zincado(galvanizado), el cobrizado y el cromatizado.
El cromado usado comúnmente en la industria automotriz y en la de los fittings confiere una protección estable al alma de hierro con la cual se confecciona el artículo. El cromado (no confundir el cromado, un depósito de cromo, con la cromatación, que es la formación de una capa de metal combinado con iones de cromo VI). En efecto, el cromo mismo no se corroe, protegiendo así la pieza, pero la mínima rayadura es catastrófica, pues la pieza hace entonces las veces de ánodo sacrificial del cromo y se corroe a gran velocidad.
Las pinturas anticorrosión con plomo han sido abandonadas a causa de su impacto dramático en el ambiente.
Por aplicación de inhibidores asociados a una película de fijación.
En este caso, caen las pinturas anticorrosivas cuyas formulaciones aparte de aportar con un film de aislamiento de tipo epóxico fenólico o epoxi-ureico llevan asociados un paquete antocorrosivo compuesto por moléculas orgánicas y/o minerales aceptoras de eletrones tales como los azoles.
Por exposición a soluciones reductoras.
La superficie es expuesta a la permanente exposición de elementos químicos disueltos en una solución a bajas concentraciones, dichas especies son pares reductores que se oxidan ellos mismos a cambio de la pieza y además contribuyen con la pasivación o inactivación de la superficie formando micropelículas químicas estables. Estas especies se encuentran comúnmente en anticongelantes, pinturas base acuosa y otras aplicaciones.
= Tipos de corrosión. =
Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la corrosión, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente un proceso electroquímico.
Corrosión electroquímica o polarizada
La corrosión electroquímica se establece cuando en una misma superficie metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre si en donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella donde se verifica el potencial de oxidación(este término ha quedado obsoleto, actualmente se estipula como potencial de reducción) más bajo, llamado área catódica.
El conjunto de las dos semireacciones constituye una célula de corrosión electroquímica.
Corrosión por oxígeno.
Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxígeno diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión elevada ( ejemplo: calderas de vapor). El oxígeno provoca el llamado pitting (picado) en aquellas superficies muy pulidas y expuestas.
La búrbuja de oxígeno que se localiza, forma un cátodo y el metal del seno que aloja dicha burbuja se transforma en un ánodo. Este tipo de corrosión es muy reactiva y puede desarrollarse en un breve lapso.
Corrosión microbiológica.
Algunos microganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrógeno dependientes que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su accionar esta asociado al pitting (picodo) del oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias.
Corrosión por presiones parciales de oxígeno.
El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor aireación (menor presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia de oxígeno(mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de electrones, formandose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno.
Corrosión galvánica.
Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre si actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga el Potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción mas positivo procederá como una reducción. Este par de metales constiuye la llamada Pila galvánica. En donde la especie que se oxida(ánodo) cede sus eletrones y la especie que se reduce(cátodo)acepta los electrones.
Corrosión por actividad salina diferenciada.
Este tipo de corrosión se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metálica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una Pila galvánica en donde la superficie expuesta a la menor concentración salina se comporta como un ánodo.
Véase también
- Corrosión acuosa
- Corrosión atmosférica
- Corrosión forzada
- Fatiga-corrosión
- Corrosión a alta temperatura
Bibliografía
- * : Corrosion 5è éd., vol. 13 de ASM Handbook, éd. ASM International (American Society for Materials), 1996
- * : L'Oxydation des métaux, J. Bénard et coll., éd. Gauthier-Villars, 1962
- * : High Temperature Corrosion, P. Kofstad, éd. Elsevier, 1988
- * : Corrosion et chimie de surfaces des métaux, D. Landolt, vol. 12 de Traité des matériaux, éd. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 1993
- * : Diffusion in Solids and High Temperature Oxidation of Metals, éditeur J. Nowotny, éd. Trans Tech Publications, 1992
- * : Métallurgie : du minerai au matériau, J. Philibert et coll. , éd. Masson, 1998
Procesos químicos | Materiales
Korrosion | Корозия | Corrosió | Korrosion | Sauerstoffkorrosion | Corrosion | Korroosio | Corrosion | שיתוך | Korodo | 腐食 | Korozija | Corrosie | Korrosjon | Korrosjon | Korozja | Corrosão | Коррозия | Korozija | Корозија | Korrosion | Korozyon | چىرىش | 腐蚀
"Corrosión"