UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

ALUMNOS:

SERVELLON VALDIVIA, EDINSSONVSQUEZ GARCA, KEVINVILLAREAL DIOSES, ELKERSALDAA PAZ, FREDI 2014

NDICE

1. INTRODUCCIN42. ANTECEDENTES43. VELOCIDAD DE CORROSION: CINETICA DEL PROCESO CORROSIVO.20Polarizacin electroqumica20Fundamento terico214. TIPOS DE CORROSION234.1. CORROSIN POR DETERIORO UNIFORME244.2. CORROSION POR ESFUERZO304.3. CORROSION GALVANICA O ENTRE DOS METALES314.4. CORROSION POR EROSION374.5. CORROSION POR PICADURA384.6. CORROSION POR GRIETA404.7. CORROSION INTERGRANULAR424.8. CORROSION BAJO TENSION434.9. CORROSION POR DESGASTE444.10. CORROSION SELECTIVA454.11. CORROSION SECA465. CONTROL DE LA CORROSIN485.1 Modificacin del diseo485.2 Modificacin del medio corrosivo505.3. Seleccin de materiales.535.4. Proteccin andica.555.5. Proteccin catdica.595.6. Proteccin mediante recubrimientos.61

1. INTRODUCCIN

El objetivo de esta unidad es introducirnos en la fenomenologa de la corrosin, sus causas y consecuencias, y de los medios que disponemos para combatirla. Se completa con la descripcin de algunos medios que se disponen para paliar los efectos nocivos de los medios corrosivos.

El campo de aplicacin de los fenmenos objeto de esta unidad es obviamente amplsimo. La corrosin significa el proceso ms generalizado del deterioro metlico, constituye su verdadero cncer. Con la agregacin del efecto tensional, cuya causa es inevitable, los casos de fractura bajo corrosin se extienden a todas instalaciones y mquinas industriales: petroqumicas, nucleares, aplicaciones navales. Las prdidas por corrosin y bajo efectos mecnicos en cualquier pas representan un elevado porcentaje de su producto interior.

2. ANTECEDENTES

2.1 Fundamentos de corrosin.

Una definicin bastante aceptable de la corrosin es el deterioro que sufre un material a consecuencia de un ataque qumico por su entorno.

Siempre que la corrosin est originada por reaccin qumica, la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la temperatura y de la concentracin de los reactivos y de los productos. Otros factores, como el esfuerzo mecnico y la erosin tambin, pueden contribuir al deterioro.La mayor parte de la corrosin de los materiales concierne al ataque qumico de los metales, el cual ocurre principalmente por ataque electroqumico, ya que los metales tienen electrones libres que son capaces de establecer pilas electroqumicas dentro de los mismos. Las reacciones electroqumicas exigen un electrolito conductor, cuyo soporte es habitualmente el agua. De aqu que en ocasiones se le denomine "corrosin acuosa". Muchos metales sufren corrosin en mayor o menor grado por el agua y la atmsfera. Los metales tambin pueden ser corrodos por ataque qumico directo procedente de soluciones qumicas.

Otro tipo de degradacin de los metales que sucede por reaccin qumica con el medio, es lo que se conoce como "corrosin seca", que constituye en ocasiones una degradacin importante de los metales especialmente cuando va acompaado de altas temperaturas.Materiales no metlicos como las cermicas y los polmeros no sufren el ataque electroqumico pero pueden ser deteriorados por ataques qumicos directos. Por ejemplo, los materiales cermicos refractarios pueden ser atacados qumicamente a altas temperaturas por las sales fundidas. Los polmeros orgnicos pueden ser deteriorados por el ataque qumico de disolventes orgnicos. El agua es absorbida por algunos polmeros orgnicos, provocando en ellos cambios dimensionales o en sus propiedades. La accin combinada de oxgeno y radiacin ultravioleta es susceptible de destruir algunos polmeros, incluso a temperatura ambiente.

Un principio natural en todos los campos de las ingenieras es la degradacin de las mquinas y piezas en servicio. Es obvio demostrar que la corrosin constituye una de las fuentes importantes de degradacin de los ingenios diseados por el tcnico. Combatir la corrosin significa: prolongar el tiempo de servicio de un ingenio, disminuir su mantenimiento, disear con menor costo para un tiempo definido de servicio, o, cuando no, impedir accidentes que pueden provenir de fracturas sbitas, consecuencias del proceso corrosivo.En este captulo se estudian los diversos procedimientos o materiales que se disponen para combatir la corrosin, lo que constituye objetivo fundamental del ingeniero de materiales. Por su parte la ciencia de los materiales debe suministrar el conocimiento de los procesos de corrosin que permita desarrollar con probabilidad alta de xito los mtodos de proteccin contra la corrosin.

2.1.1 Principios electroqumicos de la corrosin.

Citemos el experimento de laboratorio que rene los sucesos bsicos que aparecen en un proceso corrosivo. Un recipiente conteniendo una solucin acuosa, figura 12.1, denominada electrolito, que baa dos electrodos de metales diferentes, por ejemplo Mg y Cu, que se encuentran unidos por un conductor elctrico en el que se intercala un voltmetro. Un flujo de electrones circula por el conductor desde el Mg al Cu, lo que significa una corriente elctrica desde el Cu al Mg segn la convencin de signos de stas. El voltmetro indicar este paso de corriente. Este es el principio de la pila galvnica, de Luigi Galvani, que convierte la energa qumica en elctrica. El Mg se corroe pasando a hidrxido magnsico segn la reaccin:

Mg + H2O (l) + 1/2 O2 (g) Mg (OH)2 (s) GMg = -142600 cal (12.1)

La tendencia a la reaccin, Mg Mg++ + 2e- (12.2) viene dada por el valor negativo de la variacin de energa libre en la reaccin, GMg.

El magnesio, en este caso, constituye el nodo; pues es donde se ubica la degradacin del metal.

Me Me++ + n e- (12.3)

La ecuacin 12.3 constituye lo que se conoce como semipila de oxidacin.El cobre constituye el ctodo; pues la energa libre de formacin del hidrxido es menor.

En efecto, Cu + H2O (l) + 1/2 O2 (g) Cu (OH)2 (s) GCu = -28600 cal. (12.4)

La ecuacin Cu+2 + 2 e- Cu constituye la semipila de reduccin.Se observa que G0 Mg < G0 Cu, y un principio general es que las transformaciones espontneas lo hacen en sentido de disminuir la energa libre.En este sentido se definen los metales nobles como aquellos en que la energa libre en la reaccin de formacin de sus xidos es positiva, como el caso del oro.Au + 3/2 H2O (l) + 3/4 O2 (g) Au (OH)3 (s); G0 = + 15700 cal. (12.5)

Interesa recordar algunos aspectos importantes sobre las reacciones deoxidacin-reduccin en las semipilas:

1. Reaccin de oxidacin. La reaccin de oxidacin por la cual los metales forman iones que pasan a solucin acuosa recibe el nombre de reaccin andica, y las regiones locales en la superficie de los metales donde la reaccin de oxidacin tiene lugar reciben el nombre de nodos locales. En la reaccin andica, se producen electrones, los cuales permanecen en el metal, y los tomos del metal forman cationes (ecuacin 12.3).

2. Reaccin de reduccin. La reaccin de reduccin en la cual un metal o un no metal ve reducida su carga de valencia recibe el nombre de reaccin catdica. Las regiones locales en la superficie del metal donde los iones metlicos o no metlicos ven reducida su carga de valencia reciben el nombre de ctodos locales. En la reaccin catdica hay un consumo de electrones.

3. Las reacciones de corrosin electroqumica involucran reacciones de oxidacin que producen electrones y reacciones de reduccin que los consumen. Ambas reacciones de oxidacin y reduccin deben ocurrir al mismo tiempo y a la misma velocidad global para evitar una concentracin de carga elctrica en el metal.

2.1.2 Potenciales de semipila estndares de electrodos

Cada metal tiene una tendencia diferente a la corrosin en un medio determinado. Por ejemplo, el cinc es qumicamente atacado y corrodo por cido clorhdrico diluido mientras que el oro, en estas condiciones, no lo es.Un mtodo para comparar la tendencia a formar iones en disolucin acuosa, es comparar sus potenciales de semipila de reduccin o de oxidacin respecto a un potencial estndar de semipila in hidrgeno-hidrgeno, empleando un dispositivo experimental como el de la figura 12.2.

Para determinar el potencial de semipila estndar de un electrodo determinado se utilizan dos vasos de precipitados que contienen disoluciones acuosas separadas por un puente salino para evitar la mezcla de las disoluciones. En uno de los vasos de precipitados se sumerge un electrodo del metal cuyo potencial estndar queremos determinar en una disolucin 1 M de sus iones a 25C. En otro vaso de precipitados un electrodo de platino se sumerge en una disolucin 1M de iones H+, donde se barbotea gas hidrgeno. Un cable en serie con voltmetro y un interruptor conecta los dos electrodos. Cuando el interruptor se cierra, se mide el voltaje entre las dos semipilas.

El potencial correspondiente a la reaccin de la semipila H2 2H+ + 2e- recibe arbitrariamente la asignacin de voltaje 0. Por tanto, el voltaje de la reaccin de semipila metlica Mn Mn+n + ne- se mide directamente frente al electrodo estndar de hidrgeno.

La tabla 12.1 muestra los potenciales de semipila de determinados metales. A los metales que son ms reactivos que el hidrgeno se les asigna un potencial negativo y se dice que son andicos con respecto al hidrgeno. Las reacciones de proceso son:

M M+n + ne- (metal oxidado a iones) (12.6)

2H+ + 2e- H2 (iones hidrgeno reducidos a hidrgeno gas) (12.7)

A los metales que son menos reactivos que el hidrgeno se les asignan potenciales positivos y se dice que son catdicos con respecto al hidrgeno. Los iones del metal cuyo potencial est siendo determinado, son reducidos al estado metal (y pueden depositarse sobre el electrodo), y el hidrgeno gas es oxidado a iones hidrgeno. Las ecuaciones para las reacciones del proceso son:M+n + ne- M (iones de metal reducidos a tomos) (12.8)H2 2H+ + 2e- (gas hidrgeno oxidado a iones hidrgeno) (12.9)Tabla 12.1. Potenciales de electrodo estndar a 25C

2.1.3 Pilas galvnicas

Puesto que la mayora de los fenmenos de corrosin metlica involucran reacciones electroqumicas, es importante entender los principios de la operacin de un par (pila) galvnico electroqumico. Una pila galvnica macroscpica puede construirse con electrodos metlicos distintos, cada uno inmerso en una disolucin que contenga sus propios iones.

La figura 12.3 muestra una pila galvnica de este tipo, que tiene un electrodo de cinc inmerso en una disolucin 1M de Zn+2 (iones) y otro de cobre inmerso en una disolucin 1M de iones Cu+2, ambas disoluciones a 25C. Las dos disoluciones estn separadas por una pared porosa para impedir que se mezclen y los electrodos estn conectados exteriormente por un cable al que hemos aplicado un interruptor y un voltmetro. Tan pronto como cerremos el interruptor, los electrones fluyen desde el electrodo de cinc hasta el de cobre a travs del cable externo y el voltmetro seala un voltaje de -1,10 V.

En las reacciones electroqumicas que tienen lugar en la pila galvnica para dos metales, cada uno inmerso en una disolucin 1 M de sus propios iones, el electrodo que tiene el potencial de oxidacin ms negativo ser el electrodo en el que se produce la oxidacin. La reaccin de reduccin tendr lugar en el electrodo de potencial ms positivo. Por tanto para la pila galvnica Zn-Cu de la figura 12.3, el electrodo de cinc ser oxidado a iones Zn+2 y los iones Cu+2 sern reducidos a Cu en el electrodo de cobre.

Para calcular el potencial electroqumico de la pila galvnica Zn-Cu se escribe las semirreacciones de oxidacin para el zinc y el cobre, y se busca su valor de potencial en la tabla 12.1:Zn Zn+2 + 2e- E0 = -0,763 VCu Cu+2 + 2e- E0 = +0,337 V

La semirreaccin del Zn exhibe un potencial ms negativo (-0,763 V contra +0,337 V para el Cu). Por tanto el electrodo de Zn se oxidar a iones Zn+2 y los iones Cu+2 se reducirn a Cu en el electrodo de cobre. El potencial electroqumico total se obtiene sumando el potencial de la semirreaccin del cinc al potencial de semirreaccin del cobre. Debe hacerse observar que el signo del potencial de oxidacin de la semirreaccin ha de ser cambiado a la polaridad opuesta cuando la semirreaccin se escribe como una reaccin de reduccin.

En una pila galvnica, llamamos nodo al electrodo que se oxida y ctodo al lugar donde tiene lugar la reduccin. En el nodo se producen electrones e iones metlicos y como los electrones permanecen en el electrodo metlico, al nodo se le asigna polaridad negativa. En el ctodo se consumen electrones por lo que se le asigna polaridad positiva.

2.1.4 Pilas galvnicas con electrolitos que no son 1 M

La mayora de los electrolitos de las pilas galvnicas de corrosin reales no son1M sino que normalmente se trata de soluciones diluidas con concentraciones menores de 1M. Si la concentracin de los iones de un electrolito que rodea el nodo es menor de 1M, la fuerza conductora de la reaccin para disolver u oxidar al nodo es mayor ya que hay menor concentracin de iones para provocar la reaccin inversa.

El efecto de la concentracin del ion metlico Cion sobre el potencial estndar E0 a 25C viene dado por la ecuacin de Nernst. Lo que es lo mismo, el proceso de corrosin por diferenciacin de composicin est promovido por la diferencia de energa libre en la formacin G de las especies degradadas. Un indicador de sta es la diferencia de potencial, E, medido, de forma esttica, sin circular corriente. En efecto, se cumple en general:

G = - E n F (12.10) siendo n el nmero de electrones liberados por tomo, F constante de Faraday = 96500 culombios/equivalente gramo.

La medicin de E se hace por mtodos empricos. El modelo de Nerst reproduce la correlacin entre E y las actividades, a, de los productos y los reactantes. La actividad de una sustancia disuelta, a, viene definida por:

ai = mi . i (12.11) siendo m = molalidad (moles/1000 gramos de agua), y, i = Coeficiente de actividad para la reaccin general, lL + mM + ... qQ + rR (12.12) la ecuacin de Nerst es:

(12.13)

Esto nos permite calcular el G para cada fase metlica (Me) en comparacin con un elemento tomado como referencia. Este elemento de referencia es el hidrgeno en su reaccin, bien catdica o andica, de medio cido.

Catdica: 2H+ + 2e- H2 (12.14)Andica: H2 2H+ + 2e- (12.15)

Si realizamos el montaje de la figura 12.2 con el electrodo de hidrgeno, que puede realizar las reacciones citada para electrolito cido, y en el otro electrodo el metal o fase cuyo potencial de corrosin deseamos investigar.Supuesto el zinc tendramos:

Andica Zn Zn++ + 2 e- Catdica (12.16)Supongamos reaccin andica en el metal y catdica en el H2. Tendremos la reaccin total:

Zn + 2H+ + (2e- ctodo) Zn++ + H2 + (2e- nodo) (12.17) lo que significa que los dos electrones, por tomos, liberados en el nodo han sido conducidos por el conductor y consumidos en el ctodo. La ecuacin de Nerst es:

E = E0 Zn - E0H2 - RT/2F ln (Zn++)/(H+)2 (12.18) siendo (Zn++) y (H+) las actividades de los aniones Zn++ a H+, puesto que las actividades del Zn y H2 son la unidad. Si hacemos la medicin con una solucin con (Zn++) = (H+) = 1 y convenimos que en el electrodo de referencia E0 H2 = 0 tendremos E = E0 Zn, lo que indica la tendencia a la corrosin del zinc frente al electrodo de hidrgeno en condiciones normales de actividades inicas. En efecto, en nuestro caso E0 Zn = 0,763 V, lo que determina:

G = - 0.7632F, que por ser negativo define al zinc como andico frente al hidrgeno.

La ecuacin de Nernst simplificada en la semirreaccin andica en la que solo se produce una clase de iones es:

E = E0 + 0,592/n log Cion (12.19)

Donde E = Nueva fem de la semipilaE0= fem estndar de la semipilan = Nmero de electrones transferidosCion = Concentracin molar de iones

Cambiamos el signo de la f.e.m final si se trata de la reaccin catdica.En definitiva, los requisitos bsicos para que suceda un proceso de corrosin es la existencia de:

a) Dos metales con diferente energa libre en la formacin de sus estados catinicos.

1. El metal de mayor variacin de energa libre constituye el nodo, se degradar producindose la reaccin andica de cesin de electrones, expresin 12.3. Me Me + n e- (12.20)

2. El metal de menor variacin de energa libre constituir el ctodo y no se degradar, pero debe albergar la reaccin catdica, absorcin de los electrones cedidos por el nodo. Citamos algunas de los que pueden acontecer en el ctodo.

En medio cido, pH < 7; H+ + e- = 1/2 H2 (12.21)En medio bsico pH > 7; 2 H2O + O2 + 4e- 4 OH- (12.22)Deposicin de metales; Men+ + n e- = Me (12.23)

b) Un electrolito, conductor elctrico lquido, que contiene los elementos identificadores del medio corrosivo.

El agua por s misma ya se constituye en electrolito, merced a su disociacin:

H2O H+ + OH- (12.24)

Sin embargo, por lo general, est potenciada por las sustancias disueltas que constituyen el medio corrosivo.

c) Una conexin exterior, conductora elctricamente entre nodo y ctodo.

Si se elimina cualquier parte descrita a, b c, desaparece el problema de la corrosin. Sin embargo, no es difcil encontrarse con montajes similares al descrito en cualquier instalacin industrial. El ejemplo de la figura 12.4 es el caso de una tubera que en servicio cumple con estas condiciones expuestas.

2.1.5 Pilas galvnicas sin iones metlicos presentes

Consideremos una pila galvnica en la que los electrodos de hierro y cobre estn inmersos en una disolucin acuosa de electrolito cido en la que inicialmente no existen iones metlicos. El potencial estndar de oxidacin del electrodo de hierro es -0,440 V y del cobre es +0.337 V.

Por tanto, en este par el hierro ser el nodo y el oxidante pues tiene el potencial de oxidacin ms negativo. La semirreaccin en el nodo de hierro ser:

Fe Fe+2 + 2e- (reaccin de semipila andica) (12.25)

Ya que en el electrolito no hay iones cobre que puedan ser reducidos a tomos de cobre en la reaccin catdica, los iones hidrogeno en la disolucin cida sern reducidos a tomos de hidrgeno y consecuentemente se combinaran para formar molculas diatmicas de hidrogeno gas (H2).

La reaccin total en el ctodo ser por tanto:

2 H+ + 2e- H2 (reaccin de semipila catdica) (12.26)

Adems, si el electrolito tambin contiene un agente oxidante, la reaccin catdica se convertir en:

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O (12.27)

Si el electrolito es neutro o bsico y se encuentra presente el oxigeno, las molculas de oxigeno y agua reaccionarn para formar iones hidroxilo y la reaccin en el ctodo ser:

O2 + 2H20 + 4e- 4 0H- (12.28)

La tabla 12.2 muestra las cuatro reacciones ms comunes que tienen lugar en las pilas galvnicas con disoluciones acuosas.

Tabla 12.2. Reacciones tpicas de pilas galvnicas en disoluciones acuosas.

2.1.6 Corrosin por celda galvnica microscpica de electrodos sencillos

Una reaccin de electrodo sencillo lo constituye la herrumbre del hierro. Si sumergimos una pieza de hierro en agua con oxigeno disuelto se formar en su superficie xido de hierro (III), Fe (OH)3. La reaccin de oxidacin que ocurrir en los nodos locales microscpicos es:

Fe Fe+2 + 2e- (reaccin andica) (12.29)

Como el hierro est sumergido en agua neutra que est oxigenada, la reaccin de reduccin que se produce en los ctodos locales es:

O2 + 2H2O + 4e- 4OH- (reaccin catdica) (12.30)

La reaccin global se obtiene sumando las dos reacciones para dar:

2Fe + 2H20 + O2 2Fe+2 + 40H- 2Fe(OH)2 (precipitado) (12.31)

El hidrxido ferroso, Fe(OH)2, precipita de la solucin ya que este compuesto es insoluble en soluciones acuosas oxigenadas. Ms tarde es oxidado a hidrxido frrico, Fe(OH)3, que tiene el color marrn rojizo de la herrumbre. La reaccin de oxidacin de hidrxido ferroso a frrico es:

2Fe(OH)2 + H20 + 1/2 02 2Fe(OH)3 (precipitado o herrumbre) (12.32)

2.1.6 Pilas galvnicas de concentracin

a) Celdas de concentracin inica. Consideremos una celda de concentracin inica formada por dos electrodos de hierro, uno inmerso en un electrolito de Fe+2 diluido y el otro en un electrolito concentrado del mismo ion. En esta celda galvnica el electrodo en el electrolito diluido ser el nodo, ya que de acuerdo con la ecuacin de Nernst, ecuacin 12.19, este electrodo tendr un potencial ms negativo con respecto al otro.

Comparemos el potencial de la semipila para un electrodo de hierro sumergido en un electrolito diluido de Fe+2, 0,001 M con el potencial de semipila para otro electrodo de hierro inmerso tambin en un electrolito diluido de Fe+2 pero mas concentrado, 0,01 M. La ecuacin general de Nernst para una semirreaccin de oxidacin para Fe Fe+2 + 2e-, como n = 2, es:

EFe+2 = E0 + 0,0296 log Cion (12.33)

Para una solucin 0,001 M:

EFe+2 = -0,440 V + 0,0296 log 0,001 = -0,529 V (12.34)

Para una solucin 0,01 M:

EFe+2 = -0,440 V + 0,0296 log 0,01 = -0,499 V (12.35)

Como -0,529 V es un valor ms negativo que -0,499 V, el electrodo de hierro en la solucin ms diluida ser el nodo, se oxida y se corroe. Dicho de otro modo, la celda de concentracin inica produce corrosin en la regin del electrolito ms diluido.

2.1.7 PILAS GALVNICAS DE CONCENTRACINUnaclula de concentracinopila de concentracines unacelda electroqumicaque tiene dos semiceldas equivalentes del mismoelectrolito, que slo difieren en las concentraciones.Se puede calcular el potencial desarrollado por dicha pila usando laecuacin de Nernst. Una clula de concentracin producir una tensin o voltaje en su intento de alcanzar elequilibrio, que se produce cuando la concentracin en las dos semipilas son iguales.

A) PILAS GALVANICAS DE CONCENTRACION IONICAS:Por lo tanto la pila de concentracin inica produce corrosin en la regin del electrolito ms diluido.

B) PILAS GALVANICAS DE CONCENTRACION DE OXIGENO:Las celdas de concentracin de oxgeno se desarrollan cuando existe una diferencia en la concentracin de oxgeno entre dos sitios de la superficie hmeda de un metal. Son especialmente importantes en el caso de metales que no desarrollan xidos protectores como es el caso del hierro.Las zonas pobres en oxigeno sern andicas y las ricas en oxigeno sern catdicas.

Consideremos una celda de concentracin con dos electrodos de hierro idnticos sumergidos en soluciones con distintas concentraciones de oxgeno como la que muestra la figura siguiente:

Fig. 5: Una celda de concentracin de oxigeno.

Por tanto, y con carcter general para celdas de concentracin de oxgeno, las zonas que son pobres en oxigeno anodizarn a las regiones catdicas ricas en oxgeno. En consecuencia, la corrosin se acelerar en las zonas de la superficie del metal donde el contenido de oxigeno es relativamente bajo, tal como roturas y resquicios y bajo acumulaciones de depsitos en la superficie.

2.1.8 PILAS GALVNICAS FORMADAS EN METALES Y ALEACIONESLos metales tienen una tendencia natural a la corrosin, unos ms que otros.Esta diferencia hace que existan metales "nobles" que no se corroen naturalmente y metales muy reactivos, que incluso no pueden existir en estado metlico porque se corroen con mucha facilidad en el aire o en agua.

Esta diferencia natural entre los metales produce el efecto de "corrosin galvnica" que es el responsable de la corrosin acelerada que sufre un metal bajo ciertas condiciones.Al estar en contacto elctrico dos metales diferentes e inmersos en un electrolito agresivo como el agua de mar, se produce la aceleracion de la corrosin por efecto galvnico.

Corrosin del AceroNo solamente la existencia de dos metales diferentes conectados en la forma antedicha produce un efecto galvnico. Tambin se produce por otros factores como aireacin diferencial, diferente concentracin salina, estructuras metalogrficas diferentes y otras.En todos los casos un punto de la estructura tiene carcter andico y otro cercano y conectado tiene carcter catdico.

a) Anodo:Fe........................................................Fe-2 + 2 electronesb) Ctodo:H2O + 1/2 O2 + 2 electrones....................2 OH-c) Ctodo:2H2O + 2 electrones................................2 OH- - H2

La reaccin a) se realiza solo si al mismo tiempo se realiza la 2) o la 3).Esta dependencia es muy importante y define la velocidad de corrosin.Si hay oxigeno presente, la reaccin 2) que es mucho ms rpida que la 3) ser la responsable de que la 1) ocurra ms rpido. Esto explica porque la corrosin del acero en agua con alto contenido de oxigeno es mayor.

Cuando hay dos elementos metlicos diferentes, por ejemplo cobre y hierro, el ms noble (el cobre) ser ctodo y el menos noble (el hierro) ser nodo y se corroer por generacin de las corrientes galvnicas mencionadas.

2.2 La serie electroqumica.

Serie galvnica: Lista de metales ordenados de menor a mayor nobleza; cuanto ms alejados estn dos metales, ms susceptible a la corrosin es el metal de menor nobleza.La definicin de E0 para cada uno de los metales y fases permite establecer una primera aproximacin de la tendencia a constituirse en nodo, corrosin, o en ctodo, reduccin, de los dos metales que estn constituyendo una micro o macropila de corrosin.

En ocasiones se refiere la serie electroqumica al potencial normal de reduccin, iguales pero de signo contrario a los de oxidacin. En este supuesto la funcin de nodo ser la de menor potencial de reduccin E0.

2.3 La serie galvnicaLa tendencia a la corrosin de un metal mostrada por la serie electroqumica puede alterarse por causa de no cumplirse las condiciones que se impusieron para su definicin. Entre ellas citamos:

1.Actividades normales de los iones metlicos.

2.Naturaleza diferenciada del electrolito.

3.Temperatura constante en el electrolito.

4.Oxigenacin constante en el electrolito.

Si se experimentan en un medio corrosivo dado y con las actividades inicas caractersticas llegamos a la medicin de unos potenciales E de oxidacin, diferentes a los E0electroqumicos, que constituyen lo que se denominan series galvnicas en un medio dado. La tabla 12.3 refiere la serie galvnica en agua de mar en sentido correlativo desde los metales ms activos a los ms nobles, en el sentido de la oxidacin..

3. VELOCIDAD DE CORROSION: CINETICA DEL PROCESO CORROSIVO.

Hasta ahora nuestro estudio de la corrosin de metales ha estado centrado sobre las condiciones de equilibrio y tendencia de los metales a corroerse, habindose relacionado con los potenciales de electrodo estndar de los metales. Sin embargo, los sistemas en corrosin no estn en equilibrio y, por consiguiente, los potenciales termodinmicos no nos informan sobre las velocidades de las reacciones de corrosin.

Las cinticas de los sistemas en corrosin son muy complejas y no estn comprendidas totalmente. Sin embargo, examinaremos algunos de los aspectos bsicos de la cintica de la corrosin.

La cantidad de metal uniformemente corrodo de un nodo o electrodepositado sobre un ctodo, en una disolucin acuosa durante un periodo de tiempo, se puede determinar usando la ecuacin de Faraday, que establece:

w = I t M / n F

Donde w = peso del metal (g), corrodo o electrodepositado en una solucin acuosa en un tiempo t (segundos), I = flujo de corriente (A), M = masa atmica del metal (g/mol), n = nmero de electrones/tomo producido o consumido en el proceso y F es la constante de Faraday, 96500 C/mol o 96500 As/mol.

A veces la corrosin acuosa uniforme de un metal se expresa en trminos de una densidad de corriente, i, o intensidad de corriente de corrosin, que se suele dar en unidades A/cm2. Sustituyendo I por iA, la ecuacin se convierte en:

w = iAtM / nF

Donde i = densidad de corriente, A/cm2, y A = rea en cm2, si el cm se usa de longitud.

Polarizacin electroqumicaSe llamapolarizacin electroqumicaa la reduccin de lafuerza electromotrizde unelemento voltaicocomo consecuencia de las alteraciones que su propio funcionamiento provoca en sus partes constituyentes, loselectrodosy elelectrolito. La reduccin del voltaje que aparece en los bordes equivale a un aumento de laresistenciainterna del elemento. Esta modificacin es en parte transitoria, pues, tras interrumpirse la circulacin de la corriente, es normal que se recupere, en parte y espontneamente, la situacin anterior al cabo de cierto tiempo (p. ej., por difusin de un gas en el electrolito), pero a la larga es acumulativa y termina por hacer inservible la celda. Naturalmente es un inconveniente serio, que priva de utilidad a los elementos voltaicos de estructura sencilla, ya que la corriente que pasa por el circuito externo disminuye continuamente, a veces con gran rapidez. La mayor parte de la historia de la pila voltaica ha consistido en la tenaz lucha contra este fenmeno o, lo que es lo mismo, en la bsqueda de una composicin de las celdas que suministrase un voltaje lo ms constante posible.

Fundamento terico

Es el terminal negativo de una celda voltaica el que tiende a disolverse en el electrolito y el que normalmente proporciona la mayor parte de la energa al consumirse. La polarizacin se produce por varias causas: una de ellas es la produccin de hidrgeno gas en el ctodo a partir de H+, formando una capa gaseosa de elevada resistencia hmica. Para evitarlo se emplean sustancias slidas o gaseosas (el mismo aire), que, secuestrando el hidrgeno, vuelvan a formar molculas de agua y mantengan despejado el electrodo. Estas sustancias se llamandespolarizadorasodespolarizantes. Un ejemplo es el MnO2 de las pilas secas tipo Leclanch, que envuelve el ctodo de carbn, de forma que el Mn(IV) se reduce a Mn (II), cediendo de paso oxgeno que se combina con el H+.

3.1 Causas de la polarizacin.Las causas de la polarizacin pueden ser muy diferentes segn los metales que sufren corrosin y los electrolitos. En cualquier caso se corresponden con las cinticas caractersticas de las reacciones andicas o catdicas. Citamos algunas de ellas:

1. Polarizacin por concentracin.

La polarizacin por concentracin se asocia con las reacciones electroqumicas que son controladas por la difusin de iones en el electrolito. Este tipo de polarizacin se ilustra considerando la difusin de los iones hidrgeno hasta la superficie del metal para formar hidrgeno gas en la reaccin catdica 2H++ 2e-H2.

En la polarizacin por concentracin cualquier cambio en el sistema que haga aumentar la velocidad de difusin de los iones en el electrolito har disminuir los efectos de la polarizacin por concentracin y har que aumente la velocidad de corrosin. De este modo la movilidad del electrolito har disminuir el gradiente de concentracin de los iones positivos y determinar un aumento de la velocidad de reaccin. Aumentando la temperatura podremos aumentar la velocidad de difusin de los iones y por consiguiente aumentaremos la velocidad de reaccin.

Por ejemplo, si se coloca cobre como ctodo en una solucin diluida de SO4Cu con actividad del in cprico, Cu+2, tenemos un potencial de oxidacin E:

E1= - 0.337 - 0.0592/2 log (Cu+2)(12.41)

Cuando fluye la corriente se deposita Cu, y disminuye la concentracin hasta una actividad (Cu+2)smenor. En este caso el potencial E es menos noble, correspondindole una polarizacin E2- E1representada por el modelo:

E2- E1= ( R T/n F ) ln iL/(iL- i)(12.42)

Siendo iLun valor lmite de densidad de corriente.

Cuando la polarizacin se produce en su mayor parte en el nodo, la velocidad de corrosin se dice que estcontrolada andicamentey cuando ocurre mayoritariamente en el ctodo se dice que estcontrolada catdicamente.

2. Polarizacin por activacin.

La polarizacin por activacin se refiere a reacciones electroqumicas que estn controladas por una etapa lenta dentro de la secuencia de etapas de reaccin en la interfase electrolito metal. Es decir, existe una energa de activacin crtica necesaria para remontar la barrera de energa asociada con la etapa ms lenta. Este tipo de energa de activacin queda ejemplificada considerando la reduccin del hidrgeno catdico en la superficie de un metal 2H++ 2e-H2, lo que se conoce como polarizacin porsobretensin de hidrgeno. La reaccin citada puede ser rpida, pero hasta la formacin de la molcula de H2a partir de H atmico debe suceder la absorcin por el electrodo y posteriormente originarse la formacin de la molcula.2H (abs)H2(gas)(12.43)

Y siendo esta adsorcin del H atmico muy lenta, incidir en una polarizacin importante.

Las etapas para la formacin de hidrogeno gas en el ctodo son: (1) migracin de iones hidrgeno a la superficie del cinc; (2) flujo de electrones a los iones hidrogeno; (3) formacin de hidrogeno atmico; (4) formacin de molculas de hidrgeno diatnicas; (5) formacin de burbujas de hidrogeno gas que se liberan de la superficie del cinc. La etapa ms lenta de estas etapas ser la que controle la velocidad del proceso de activacin por polarizacin.Otro ejemplo es la reaccin andica:

2OH-1/2 O2+ H2O + 2e-(12.44)

Conocido comosobretensin de oxgeno.

La polarizacin por activacin sigue la ley de Tafel, funcin de la densidad de corriente, i:h=b log i/i0(12.45)

Siendobe i0caractersticos de los sistemas.

4. TIPOS DE CORROSION

Los tipos de corrosin pueden clasificarse convenientemente de acuerdo con la apariencia del metal corrodo. La identificacin puede realizarse de muchas formas, pero todas ellas se encuentran interrelacionadas en alguna manera. Como ejemplo, podemos establecer la siguiente clasificacin:

- Corrosin por deterioro uniforme- Corrosin por esfuerzo- Corrosin galvnica o entre dos metales- Corrosin erosiva- Corrosin por picadura- Corrosin por grieta- Corrosin intergranular- Corrosin bajo tensin- Corrosin por desgaste- Disolucin selectiva o desaleante- Corrosin seca

4.1. CORROSIN POR DETERIORO UNIFORME

La corrosin de deterioro uniforme se caracteriza por una reaccin qumica o electroqumica que acta uniformemente sobre toda la superficie del metal expuesto a la corrosin. Sobre una base cuantitativa, el deterioro uniforme representa la mayor destruccin de los metales, especialmente de los aceros.

El ejemplo ms comn de este tipo de corrosin es la corrosin atmosfrica.

Sin embargo, es relativamente fcil su control mediante:

I. Coberturas protectoras

A. Coberturas metlicas: Fusin, cementado, Recubrimiento electroltico, enchapado. B. Coberturas inorgnicas: vidriado, fosfatizado, sulfinizado C. Coberturas orgnicas: Pinturas, lacas y barnices. D. Proteccin catdica.

A) Proteccin con coberturas metlicas I) Fusin: El material que se desea proteger se sumerge en un bao que contiene el metal protector en estado de fusin. As se preparan la hojalata y el hierro galvanizado. a) Hojalata: Se llama as al hierro recubierto con un bao de estao (el cual puede realizarse por fusin o recubrimiento electroltico): La proteccin con estao dura mientras la lmina no presente raspaduras.

Si ello llega a suceder, lo que es factible, por la delgadez de las chapas de hojalata, se produce el par Fe/Sn. Siendo l, el ms reducido de los dos metales, acta como nodo y proporciona la proteccin catdica al estao. Esto aumenta el proceso de corrosin del hierro que, a partir de la raspadura, se corroe rpidamente. b) Galvanizado: El hierro galvanizado es mucho ms duradero. Elgalvanizado consiste en recubrir el hierro con un bao de cinc (el cual puede realizarse por fusin o recubrimiento electroltico. El cinc es un metal que como el estao se protege a s mismo, pues al reaccionar en el CO2 y el O2 de la atmsfera forma una capa adherente que evita la corrosin posterior.

Si pasa con el hierro galvanizado lo mismo que con la hojalata (perforaciones o raspaduras del cinc) y el cinc y el hierro quedan libres al aire, se forma el par Zn/Fe, pero siendo el potencial de reduccin del zinc menor que el del hierro es el cinc el que experimenta el proceso de corrosin, con mayor intensidad, impidiendo la corrosin del hierro. Los compuestos que forma el cinc al oxidarse cubren la raspadura u orificio, protegiendo la exposicin al aire, evitando que la corrosin contine.

El cinc no puede usarse para envasar alimentos, pues con los cidos de stos forma compuestos txicos, cosa que no sucede con el estao (hojalata). II) Cementado: Este procedimiento consiste en calentar al metal que se desea proteger, con otro metal (protector) en polvo, a una temperatura inferior al punto de fusin del metal menos fusible. Segn el metal que se emplea para cubrir por cementacin al hierro, el proceso toma nombres variados: a) Cementado con cinc: Shedarizado. b) Cementado con cromo: Cromizado. c) Cementado con silicio: Siliconado. III) Recubrimiento electroltico: Por medio de este mtodo se cubre al hierro con un bao de metal protector que se deposita por un proceso electroltico. El objeto a cubrir, acta como ctodo en una cuba electroltica. La solucin de la cuba es de una sal del metal que se emplea como protector. El nodo est constituido por el metal protector. Para lograr un buen depsito se debe pulir bien la pieza a proteger. Su superficie debe estar libre de sustancias extraas. Es muy importante la densidad de la corriente (densidad = I/s); la concentracin de la solucin y la temperatura. Los metales que se emplean como agentes protectores, son el cobre (para proteger a los metales que no van a estar en contacto con alimentos), el cinc (galvanizado), el estao (hojalata), el cromo, el nquel, el oro y la plata.

IV) Enchapado: Se llama as al recubrimiento de metales no nobles con lminas de metales nobles. As se preparan lingotes de hierro protegidos con lminas de cobre que puede, luego, laminarse o reducirse a alambres.

Los dos metales que se emplean en el enchapado deben tener coeficientes de maleabilidad muy semejantes. B) Proteccin por coberturas inorgnicas: I) Vidriado: Se prepara el esmalte vidriado fundiendo una mezcla de cuarzo (SiO2) y feldespato con fundente como la criolita (3NaF; AlF3) y el carbonato de sodio.

El objeto a vidriar se sumerge, previa limpieza y desengrasamiento del mismo, en dicha mezcla o se aplica sta a soplete. Se colocan, luego, las piezas as cubiertas en un horno que las deja esmaltadas. Se emplea el esmaltado para cubrir artefactos sanitarios, vagones tanques utilizados para transportar productos qumicos o alimentos, etctera. II) Fosfatizado: Por este mtodo se logra la proteccin del Fe, Cd, Al, Mg, Cu y sus aleaciones, con una solucin de cido fosfrico / sal del cido fosfrico, en determinadas condiciones.

Este mtodo de proteccin se emplea para lograr:

a) Mejor adherencia de pinturas o recubrimientos plsticos. b) Mejor lubricacin para procesos de deformacin en fro (estampado, laminado, embutido, estirado, etc.) c) Crear una capa antifriccin.

Fue ensayado por primera vez, por una compaa llamada Parker. Por este motivo, al mtodo se lo denomina Parkerizado.

La proteccin que se logra no es total, pues la superficie metlica que se desea proteger, queda porosa. Se deposita sobre la superficie una fina capa de cristales de fosfatos metlicos fuertemente adheridos al metal base y de muy baja conductividad elctrica. Los fosfatizantes a base de sales de Zn tienden a producir depsitos de cristales pequeos a medianos y se los emplea para los casos a) y b); los basados en sales de Mn, que producen cristales grandes, se utilizan para c). En el curso del proceso se verifican, a grandes rasgos, las siguientes reacciones sobre la interface solucin/metal: 1) Me + 2 H3PO4 Me(H2PO4)2 + H2 2) 3 Me(H2PO4)2 Me3(PO4)2 + 2 H3PO4 Donde Me representa un metal (+2) como Zn, Mn, Fe, etc. La reaccin 1) representa el ataque al metal base con formacin de una sal soluble en el bao fosfatizante. La reaccin 2) representa la formacin de una sal neutra insoluble que se deposita sobre el metal base.

Ambas reacciones son reversibles, por lo tanto el desplazamiento del equilibrio hacia uno u otro lado depende de las condiciones operativas como concentracin de reactivos, temperatura, etc. Tambin debe haber un ajustado equilibrio entre la concentracin de cido fosfrico y la de la sal, ya que si el bao est demasiado diluido puede no lograrse la precipitacin de los fosfatos neutros, y si la concentracin es alta puede precipitar en forma abundante, formando un barro en la solucin y polvillo en la superficie metlica. III) Sulfinizado: Se protege, por este mtodo, al hierro y acero, sumergindolo en un bao salino constituido por sulfito de sodio, cloruro y cianuro de sodio, a una temperatura de ms de 500 C. Se forma un sulfocianuro de sodio que cubre el metal, penetrando en el mismo, formando una capa de menos de medio milmetro de espesor.

Las piezas sulfinizadas adquieren una enorme resistencia al desgaste. Por este motivo, se aplica el mtodo de sulfinizado a las piezas para motores. C) Proteccin por coberturas orgnicas Este tipo de proteccin est constituido por pinturas, barnices y lacas. Al secar, la pintura forma una pelcula, que cubre la superficie pero es independiente de sta y a diferencia del fosfatizado, no reacciona con el material de la superficie. Las pinturas pueden ser al aceite, a la caserna o al ltex. Sin considerarlas orgnicas, se debe mencionar a las pinturas anticorrosivas como las que contienen, como pigmento, minio (Pb3O4 , ms exactamente ortoplumbato de plomo: Pb2(PbO4)) o bermelln (o cinabrio rojo, que es sulfuro mercrico HgS y no es venenoso),(cromato bsico de plomo: Pb2 (OH)2CrO4) y cuya accin protectora se debe, a la accin de los iones CrO42- y PbO4 de efecto oxidante. Los barnices forman pelculas ms duras que las pinturas, pero son menos resistentes a la accin de la luz.

El efecto de los barnices se mejora con el agregado de aceites de siliconas. Las lacas estn constituidas por nitrocelulosa con resinas envolventes apropiadas (lacas de piroxilina). D) Proteccin catdica

El recubrimiento del hierro con cinc (galvanizado), es uno procedimiento de proteccin catdica, pues el potencial de reduccin del cinc es inferior al del hierro y los electrones pasan a ste. La proteccin catdica de tuberas, cascos de buques y puentes, se logra formando pares de Fe/Zn o Fe/Mg. En el caso de tuberas, se clavan barras de cinc o de magnesio en el suelo y se las pone en contacto con la tubera. Los electrones pasan del cinc al hierro de las tuberas, el cual queda protegido. En los cascos de los buques, se adhieren bloques de magnesio. Estos bloques, debido a su menor potencial de reduccin, se corroen, actuando como nodos de sacrificio, protegiendo al hierro del casco. Dicha proteccin dura mientras no se consuma el magnesio. Llegando ese caso, los bloques de magnesio son reemplazados. Oxidacin: Mg(s) ----> Mg2+(aq) + 2e- Reduccin: O2 + 4H+(aq) + 4 e ----> 2H2O(l)

II. Inhibidores y Pasivadores

Inhibidor es toda sustancia que se agrega, en concentraciones pequeas, a un medio para evitar la corrosin o disminuir la velocidad de la misma. Los inhibidores pueden ser sustancias orgnicas o inorgnicas. Algunos inhibidores actan como neutralizantes. As sucede con el hidrxido de sodio, que se agrega a; cido sulfrico de hecho permitiendo, de esta manera, el uso de caeras de acero de fundicin.

Debe, adems, considerarse la posibilidad de que un inhibidor beneficie a uno de los metales de una instalacin y perjudique al otro. Por ejemplo, el amonaco usado como inhibidor de la corrosin del acero por el cido sulfrico del petrleo, corroe a los conductos de bronce. Hay muchos inhibidores: los fosfatos, silicatos y cromatos actan sobre la zona andica; las sales de cinc, nquel, arsnico y antimonio, actan sobre la zona catdica. Cuando se agregan sales de cinc sucede lo siguiente: el oxgeno en la zona catdica produce con el agua, iones oxhidrilos. Zona catdica: O2 + 2H2O + 4 e- ---> 4 HO- Estos iones oxhidrilos forman con los metales de las sales inhibidoras agregadas, hidrxidos, que a depositarse sobre la zona catdica, la protegen, impidiendo la accin del oxgeno en esta rea, deteniendo el proceso de corrosin: Zn2+ + 4 HO- -----> 2 Zn(OH)2(s) (catin agregado) se deposita sobre la zona catdica Pese a todo lo que se conoce sobre inhibidores, su seleccin es muy emprica.

El inhibidor debe ser ensayado especficamente sobre cada caso particular.

PASIVADORES Son sustancias que producen una pelcula no porosa e insoluble sobre las piezas metlicas, impidiendo la corrosin. Algunos metales como el aluminio, forman, en contacto con el aire, una pelcula muy adherente y fina, de xido que acta como pasivador, impidiendo la posterior corrosin.

Una solucin de cromado de sodio se aade a menudo a sistemas refrigerantes y radiadores para prevenir la formacin de xido. El plomo presenta una resistencia grande al cido sulfrico en concentraciones debajo del 60%. El cido sulfrico forma con el plomo sulfato de plomo, que se deposita sobre ste, formando una pelcula que lo protege de la corrosin posterior. Este es otro caso que ejemplifica cmo el producto de la corrosin sirve para autoproteger al metal. El cromo, nquel, hierro, etc. pueden volverse pasivos por accin del cido ntrico que provoca sobre ellos formacin de una fina pelcula de xido, como la que forma el aluminio en forma espontnea.

Si se hace actuar al cido ntrico concentrado sobre el cromo, la capa de xido de cromo vuelve al metal, inerte ante los reactivos qumicos. Colocando luego, al metal en una solucin de cido sulfrico diluido con cinc, el hidrgeno naciente, reduce al xido depositado y el metal se vuelve de nuevo activo, siendo atacado por los cidos. Los metales se pueden pasivar colocndolos como nodos en las cubas electrolticas. Sobre ellos se desprende el oxgeno que los recubre con una pelcula que los torna inatacables por los cidos. Los metales pasivados modifican su potencial de electrodo cambiando su posicin en la serie electroqumica, hasta ubicarse con un potencial similar a los metales nobles. Este procedimiento se denomina anodizacin. El proceso se puede completar con la adicin de colorantes que hacen que las piezas anodizadas adquieran hermosos colores. Para terminar se debe aclarar que el trmino pasividad es relativo. Un acero inoxidable puede comportarse como pasivo en cido ntrico y agua, pero ser atacado por el cido clorhdrico.

Es decir, un metal o aleacin es pasivo o activo, nicamente en relacin a determinado medio exterior.

4.2. CORROSION POR ESFUERZO

Por qu ocurre?

Se produce cuando se combina un ambiente corrosivo con tensiones intensas que actan sobre el metal. El ataque no parece muy intenso pero su gravedad radica en que se producen fisuras que se propagan a lo largo de la seccin del metal. Los esfuerzos pueden estar originados por la presencia de metales con diferentes coeficientes de dilatacin trmica, por diseos defectuosos, por transformaciones de una fase durante una soldadura, etc. La fisura comienza en general en una discontinuidad superficial y su frente avanza en forma perpendicular a las tensiones. Si se frena el esfuerzo o se inhibe la corrosin el avance de la grieta se frena.

Cmo se puede evitar?

Se puede impedir eliminando o reduciendo la fuente de tensin, el ambiente corrosivo, cambiando el metal, por proteccin catdica o usode inhibidores.4.3. CORROSION GALVANICA O ENTRE DOS METALESLacorrosin galvnicaes un procesoelectroqumicoen el que unmetalsecorroepreferentemente cuando est en contacto elctrico con un tipo diferente de metal (msnoble) y ambos metales se encuentran inmersos en unelectrolitoo medio hmedo.Por el contrario, una reaccin galvnica se aprovecha enbateras ypilaspara generar unacorriente elctricade ciertovoltaje. Un ejemplo comn es lapila de carbono-zincdonde elzincse corroe preferentemente para producir una corriente. Labatera de limnes otro ejemplo sencillo de cmo los metales diferentes reaccionan para producir una corriente elctrica.Cuando dos o ms diferentes tipos de metal entran en contacto en presencia de un electrolito, se forma unacelda galvnicaporque metales diferentes tienen diferentespotenciales de electrodoo de reduccin. El electrolito suministra el medio que hace posible la migracin deionespor lo cual los iones metlicos en disolucin pueden moverse desde elnodoalctodo. Esto lleva a la corrosin del metal andico (el que tienen menor potencial de reduccin) ms rpidamente que de otro modo; a la vez, la corrosin del metal catdico (el que tiene mayor potencial de reduccin) se retrasa hasta el punto de detenerse. La presencia de electrolitos y un camino conductor entre los dos metales puede causar una corrosin en un metal que, de forma aislada, no se habra oxidado.Incluso un solo tipo de metal puede corroerse galvnicamente si el electrolito vara en su composicin, formando unacelda de concentracin.

Esquema de actividad de la corrosin galvnica entre tornillo acero inoxidable y chapa de acero galvanizado.

Corrosin galvnica de una chapa de acero galvanizado en contacto con acero inoxidable

Un ejemplo comn de corrosin galvnica es la oxidacin de las lminas de acero corrugado, que se generaliza cuando el recubrimiento de zinc de proteccin se rompe y el acero subyacente es atacado. El zinc es atacado preferentemente porque es menos noble, pero cuando se consume, se produce la oxidacin en serio del acero. Con una lata recubierta de estao, como las de conservas, ocurre lo contrario porque el estao es ms noble que el acero subyacente, por lo que cuando se rompe la capa, el acero es atacado preferentemente.

Prevencin de la corrosin galvnicaHay varias maneras de reducir y prevenir este tipo de corrosin. Una manera es aislar elctricamente los dos metales entre s. A menos que estn en contacto elctrico, no puede haber una celda galvnica establecida. Esto se puede hacer usandoplsticou otroaislantepara separar las tuberas de acero para conducir agua de los accesorios metlicos a base de cobre, o mediante el uso de una capa de grasa para separar los elementos de aluminio y acero. El uso de juntas de material absorbente, que puedan retener lquidos, es a menudo contraproducente. Lastuberaspueden aislarse con un recubrimiento para tuberas fabricado con materiales plsticos, o hechas de material metlico recubierto o revestido internamente. Es importante que el recubrimiento tenga una longitud mnima de unos 500 mm para que sea eficaz.

Corrosin por deterioro del revestimiento. Otra forma es mantener a los metales secos y / o protegidos de los compuestos inicos (sales,cidos,bases), por ejemplo, pintando o recubriendo al metal protegido bajo plstico oresinas epoxi, y permitiendo que se sequen. Revestir los dos materiales y, si no es posible cubrir ambos, elrevestimientose aplicar al ms noble, el material con mayor potencial de reduccin. Esto es necesario porque si el revestimiento se aplica slo en el material ms activo (menos noble), en caso de deterioro de la cubierta, habr un rea de ctodo grande y un rea de nodo muy pequea, y el efecto en la zona ser grande pues la velocidad de corrosin ser muy elevada. Tambin es posible elegir dos metales que tengan potenciales similares. Cuanto ms prximos entre s estn los potenciales de los dos metales, menor ser ladiferencia de potencialy por lo tanto menor ser la corriente galvnica. Utilizar el mismo metal para toda la construccin es la forma ms precisa de igualar los potenciales y prevenir la corrosin.

nodos de sacrificio (aluminio) montados al vuelo en una estructura metlica deaceropara prevenir la corrosin. Las tcnicas degalvanoplastiao recubrimientoelectrolticocon otro metal (chapado) tambin puede ser una solucin. Se tiende a usar los metales ms nobles porque mejor resisten la corrosin: cromo, nquel, plata y oro son muy usados. Laproteccin catdicamediantenodos de sacrificio: Se conecta el metal que queremos proteger con una barra de otro metal ms activo, que se oxidar preferentemente, protegiendo al primer metal.2Se utilizan uno o ms nodos de sacrificio de un metal que sea ms fcilmente oxidable que el metal protegido. Los metales que comnmente se utilizan para nodos de sacrificio son elzinc, elmagnesioy elaluminio.Esto es habitual en los calentadores de agua y tanques de agua caliente de las calderas. La falta de regularidad al reemplazar los nodos de sacrificio en los calentadoresdisminuye severamente la vida til del tanque. Las sustancias para corregir ladureza del agua(ablandadores) de agua tienden a degradar los nodos de sacrificio y los tanques ms rpidamente.nodos de sacrificio para proteccin catdica

Esquema de proteccin de una pieza metlica mediante un nodo de sacrificio unido a dicha pieza para prevenir la corrosin.

nodos dezincpara proteccin catdica de metales expuestos a la corrosin (tuberas y depsitos enterrados...).

nodo de sacrificio tras ejercer su funcin de proteccin.

Por ejemplo, consideremos un sistema compuesto poracero inoxidable316 (un acero inoxidable de la serie 300, es una aleacin muy noble lo que significa que es bastante resistente a la corrosin y tiene un alto potencial), y un acero dulce (un metal muy activo con menor potencial). Elacero dulcese corroer en presencia de un electrolito, como el agua salada. Si se usa un nodo de sacrificio (como una aleacin de zinc, aleaciones de aluminio o magnesio), estos nodos se corroern, protegiendo a los otros metales. Esta es una prctica comn en la industria martima para proteger el equipamiento del buque. Barcos y buques que estn en contacto con agua salada usan o bien aleaciones de zinc o de aluminio. Si los barcos estn slo en agua dulce, se utiliza una aleacin de magnesio. El magnesio tiene uno de los potenciales galvnicos ms altos de todos los metales. Si se usa en una instalacin expuesta al agua salada, como en un casco de un barco de acero o de aluminio, las burbujas dehidrgenoque se forman debajo de la pintura causarn ampollas y descamacin. Laproteccin catdicamediante unacorriente elctricaes otro ejemplo de proteccin contra la corrosin. Unafuente de alimentacinelctrica decorriente continuase puede conectar para oponerse a la corriente galvnica corrosiva. Se emplea en estructuras grandes donde los nodos galvnicos no pueden suministrar suficiente proteccin.Sistemas de proteccin catdica por corriente impresa

Esquema de proteccin catdica mediante corriente impresa para prevenir la corrosin de una pieza metlica.

Rectificador de proteccin catdica para generar una corrienteopuesta a la diferencia de potencial entre metales, causa de la corrosin.

Esquema de un sistema de proteccin catdica por corriente impresa para proteger una tubera.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSION GALVANICA El uso de una capa protectora entre metales diferentes evitar la reaccin de los dos metales. Tamao relativo de nodo y ctodo: Esto se conoce como "efecto de la zona". Como es el nodo el que se corroe ms rpido, cuanto ms grande sea el nodo en relacin con el ctodo, menor ser la corrosin. Por el contrario, un nodo pequeo y un ctodo grande har que el nodo se dae fcilmente. La pintura y el revestimiento pueden alterar las zonas expuestas. La aireacin del agua de mar. El agua pobremente aireada puede afectar a los aceros inoxidables, movindolos ms hacia el final de una escala andica galvnica. Grado de contacto elctrico - Cuanto mayor es el contacto elctrico, ms fcil ser el flujo de corriente galvnica. Resistividad elctrica del electrolito - Al aumentar la resistividad del electrolito disminuye la corriente, y la corrosin se hace ms lenta. Rango de diferencia de potencial individual entre los dos metales: Es posible que los distintos metales podran solaparse en su gama de diferencias de potencial individual. Esto significa que cualquiera de los metales podra actuar como nodo o ctodo dependiendo de las condiciones que afectan a los potenciales individuales. Cubierta del metal con organismos biolgicos: Loslimosque se acumulan en los metales pueden afectar a las zonas expuestas, as como la limitacin de caudal de agua circulante, de la aireacin, y la modificacin delpH. xidos: Algunos metales pueden ser cubiertos por una fina capa dexidoque es menos reactivo que el metal desnudo. Limpiar el metal puede retirar esta capa de xido y aumentar as la reactividad. Humedad: Puede afectar a la resistencia electroltica y al transporte de iones. Temperatura: Latemperaturapuede afectar a la tasa de resistencia de los metales a otros productos qumicos. Por ejemplo, las temperaturas ms altas tienden a hacer que los aceros sean menos resistentes a loscloruros. Tipo de electrolito - La exposicin de una pieza de metal a dos electrolitos diferentes (ya sean diferentes productos qumicos o diferentes concentraciones del mismo producto) pueden causar que una corriente galvnica fluya por el interior del metal.

4.4. CORROSION POR EROSIONLacorrosin por erosines el efecto producido cuando el movimiento de un agentecorrosivosobre una superficie demetalacelera sus efectos destructivos a causa deldesgastemecnico.La importancia relativa del desgaste mecnico y de la corrosin es a menudo difcil de determinar, y vara considerablemente de una situacin a otra. El papel de laerosinse atribuye generalmente a la eliminacin de pelculas superficiales protectoras: por ejemplo, las pelculas protectoras formadas por elxidogenerado por el aire. Un metal oxidado ralentiza su deterioro porque la superficie ya oxidada dificulta que el interior contine oxidndose. Si por ejemplo el polvo o laarena, impulsadas por el viento, eliminan esa capa exterior de xido, el metal continuar deteriorndose al haber perdido su proteccin.La corrosin por erosin tiene generalmente el aspecto de pequeos hoyos lisos. El ataque puede tambin exhibir un patrn direccional relacionado con la trayectoria tomada por el corroyente, al igual que por movimientos sobre la superficie del metal. La corrosin por erosin prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia, choque, etc. De manera frecuente, aparece enbombas, mezcladores y tuberas, particularmente en curvas y codos. Las partculas en suspensin duras son tambin frecuentes causantes de problemas. Estos se evitan mediante cambios en el diseo, o seleccionando unmaterial ms resistente. Este material, adems de ser msduro, generalmente debe presentar una resistencia a la corrosin superior incluso en condiciones estancadas o sin movimiento defluidos.

4.5. CORROSION POR PICADURA

La picadura es una forma de ataque corrosivo localizado que produce hoyos pequeos agujeros en un metal. Este tipo de corrosin es muy destructivo para las estructuras de ingeniera si provoca perforacin del metal. Sin embargo, si no existe perforacin, a veces se acepta una mnima picada en los equipos de ingeniera. Frecuentemente la picadura es difcil de detectar debido a que los pequeos agujeros pueden ser tapados por los productos de la corrosin.Asimismo, el nmero y la profundidad de los agujeros pueden variar enormemente y por eso la extensin del dao producido por la picadura puede ser difcil de evaluar. Como resultado, la picadura, debido a su naturaleza localizada, frecuentemente puede ocasionar fallos inesperados.La picadura puede requerir meses o aos para perforar una seccin metlica. La picadura requiere un periodo de iniciacin, pero una vez comenzada, los agujeros crecen a gran velocidad. La mayora de estas se desarrollan y crecen en la direccin de la gravedad y sobre las superficies ms bajas de los equipos de ingeniera.Los agujeros empiezan en aquellos lugares donde se produce un aumento local de las velocidades de corrosin. Inclusiones, otras heterogeneidades estructurales y heterogeneidades en la composicin sobre la superficie del metal son lugares comunes donde se inicia el agujero. Las diferencias entre las concentraciones de iones y oxigeno crean celdas de concentracin que tambin pueden ser el origen de las perforaciones.Se cree que la propagacin de un agujero trae consigo la disolucin del metal en el agujero mientras se mantiene un alto grado de acidez en el fondo del hoyo. Este proceso de propagacin en un medio salino oxigenado ha sido ilustrado en la siguiente figura para un metal ferroso.

Dibujo esquemtico del crecimiento de un agujero en un acero inoxidable sumergido en una solucin salina aireada.

En el nodo la reaccin del metal en la parte ms inferior del agujero es la siguiente:MM+n+ n e-En el ctodo, la reaccin se lleva a cabo en la superficie del metal que rodea al orificio, es la reaccin del oxgeno con el agua y los electrones procedentes de la reaccin andica:O2+ 2H2O + 4e-4OH-De este modo el metal circundante a la picadura est protegido catdicamente. La elevada concentracin de iones metlicos en el hueco atrae iones cloruro para mantener neutra la carga. Entonces, el cloruro metlico reacciona con el agua para producir el hidrxido metlico y liberar el cido de la manera siguiente:M+Cl-+ H2OMOH + H+Cl-De esta manera se acumula una alta concentracin de cido en el fondo del orificio que hace que se incremente la velocidad de reaccin andica, y el proceso global se hace autocataltico.

Ejemplo de picadura en un tubo de cobre electroltico.

Para prevenir la corrosin por picadura en el diseo de equipos de ingeniera, es necesario el empleo de materiales que carezcan de tendencia a la corrosin alveolar. Sin embargo, si para algunos diseos esto no es posible, entonces debern usarse los materiales con la mayor resistencia a la corrosin Por ejemplo, si tiene que usarse acero inoxidable en presencia de algunos iones cloruro, el tipo de aleacin AISI 316, con un 2% de Mo, adems de un 18% de Cr y un 8% de Ni que tiene mayor resistencia a la picadura que el tipo de aleacin 304 que solo contiene el 18% de Cr y un 8% de Ni como elementos principales de aleacin.

4.6. CORROSION POR GRIETA

La corrosin por grietas es una forma de corrosin electroqumicamente localizada que puede presentarse en hendiduras y bajo superficies protegidas, donde pueden existir soluciones estancadas.La corrosin por grietas tiene una reconocida importancia en ingeniera toda vez que su presencia es frecuente bajo juntas, remaches, pernos y tornillos, entre vlvulas y sus asientos, bajo depsitos porosos y en muchos lugares similares. La corrosin por grietas se produce en muchos sistemas de aleaciones como el acero inoxidable y aleaciones de titanio, aluminio y cobre.Para que ocurra este tipo de corrosin, la grieta ha de ser lo suficientemente ancha para permitir que se introduzca lquido, pero a la vez lo bastante estrecha para mantener estancado el lquido. Por consiguiente, este tipo de corrosin se producir ms frecuentemente en aberturas de unos pocos micrmetros o menos de anchura. Las juntas fibrosas, que pueden actuar como mechas para absorber una solucin electroltica y a la vez mantenerla en contacto con la superficie metlica, son localizaciones ideales para la corrosin por grieta.

Figura 6.1 Diagrama esquemtico del mecanismo de corrosin por hendidura.

Un mecanismo propuesto, figura 6.1, considera que, inicialmente, las reacciones andica y catdica en las superficies de las grietas son:Reaccin andica: MM++ e-Reaccin catdica: O2+ 2H2O + 4e-4OH-Puesto que la disolucin en la grieta se encuentra estancada, el oxgeno que se necesita para la reaccin catdica se gasta pero no se reemplaza. De cualquier modo, la reaccin que ocurre en el nodo MM++ e-contina producindose, crendose una alta concentracin de iones positivos. Para contrarrestar la carga positiva, un conjunto de iones negativos, principalmente iones cloruro, migra a la grieta, formando M+Cl-. El cloruro es hidrolizado por el agua, forma hidrxido metlico y libera cido de la manera siguiente:M+Cl-+ H2OMOH + H+Cl-Esta produccin de cido disgrega la pelcula pasiva y origina un deterioro por corrosin que es autocataltico, como en el caso anteriormente discutido para corrosin por picadura. Para el tipo 304 (18% Cr y 8% Ni) de acero inoxidable, se sabe que la acidificacin dentro de la grieta se debe con una gran probabilidad a la hidrlisis de los iones Cr+3de acuerdo con la reaccin:Cr+3+ 3H2OCr(OH)3+ 3H+puesto que slo aparecen trazas de Fe+3en la grieta.Para prevenir o minimizar la corrosin por grieta en diseos de ingeniera, se pueden emplear los mtodos y procedimientos siguientes:1.Usar en las estructuras de ingeniera ensambles de extremos completamente soldados en lugar de otros atornillados o remachados.

2.Disear recipientes para drenaje completo donde puedan acumularse soluciones estancadas.

3.Usar juntas no absorbentes, tales como tefln, si es posible.

4.7. CORROSION INTERGRANULARLa corrosin intergranular es un deterioro por corrosin localizada y/o adyacente a los lmites de grano de una aleacin. Bajo condiciones ordinarias, si un metal se corroe uniformemente, los lmites de grano sern slo ligeramente ms reactivos que la matriz. Sin embargo, bajo otras condiciones, las regiones de lmite de grano pueden ser muy reactivas, resultando una corrosin intergranular que origina prdida de la resistencia de la aleacin e incluso la desintegracin en los bordes de grano.Uno de los ms importantes ejemplos de corrosin intergranular es la que tiene lugar en algunos aceros inoxidables austenticos (18% Cr 8% Ni) cuando son calentados o enfriados lentamente a travs del rango de temperaturas de 500 a 800C. En este rango de temperaturas, sensibilizado, los carburos de cromo (Cr23C6) pueden precipitar en las interfases del lmite de grano, como se muestra en la figura siguiente.

Representacin esquemtica de la precipitacin del carburo de cromo en la frontera de grano de un acero inoxidable AISI 304 sensibilizado.

La corrosin intergranular del acero inoxidable austentico puede ser controlada con los mtodos siguientes:1.Utilizando un tratamiento de calentamiento a alta temperatura, 500 a 800C, seguido de un enfriamiento con agua, los carburos de cromo pueden ser redisueltos y volver a la solucin slida.

2.Aadiendo un elemento que pueda combinarse con el carbono del acero para que no pueda formarse el carburo de cromo. As, se adiciona niobio y titanio en los tipos de aleacin 347 y 321 respectivamente, se dice entonces que estn en una condicin estabilizada.

3.Bajando el contenido en carbono alrededor del 0,03 por 100 en peso o menos para que no puedan precipitar cantidades significativas de carburo de cromo. El acero inoxidable tipo 304L, por ejemplo, tiene su carbono a ese nivel tan bajo.

a) Microestructura del acero inoxidable AISI 304 sin sensibilizar. b) Aspecto de la corrosin intergranular tras la sensibilizacin del mismo.

4.8. CORROSION BAJO TENSIONLa rotura por corrosin por esfuerzo o bajo tensin (stress corrosion craking SCC) de metales se refiere a la rotura originada por la combinacin de efectos de tensiones intensas y corrosin especifica que acta en el entorno del metal. Durante la SCC el ataque que recibe la superficie del metal es generalmente muy pequeo mientras que las grietas aparecen claramente localizadas y se propagan a lo largo de la seccin del metal.

Tabla 8.1 Situaciones que pueden originar corrosin bajo tensin en metales y aleaciones.

Los esfuerzos residuales que dan lugar a la SCC pueden ser resultado, por ejemplo, de esfuerzos trmicos introducidos por tasas desiguales de enfriamiento, de un diseo mecnico defectuoso para esfuerzos, de transformaciones de fase durante el tratamiento trmico durante el trabajo en fro, o durante la soldadura.Slo ciertas combinaciones de aleaciones y ambientes son susceptibles de la SCC. La tabla 8.1 recoge algunos sistemas de aleacin ambientes en los cuales tiene lugar la SCC. No parece haber un modelo general para los ambientes en los que se produce la SCC en las aleaciones. Por ejemplo, los aceros inoxidables quiebran en atmsferas de cloro, pero no en las que contienen amoniaco. Por el contrario, los latones (aleacin Cu Zn) quiebran en atmsferas que tienen cloro. Nuevas combinaciones de aleaciones y ambientes que originan la SCC estn siendo descubiertas continuamente.

4.9. CORROSION POR DESGASTE

Este tipo de corrosin tiene lugar en las interfases entre materiales bajo carga, es decir en servicio, sometidos a vibracin y deslizamiento. La corrosin por desgaste aparece como surcos u hoyos rodeados de productos de corrosin.En el caso de la corrosin por desgaste de metales, se observa que los fragmentos de metal entre las superficies rozadas estn oxidados y algunas capas de xido se encuentran disgregadas por la accin del desgaste. Como resultado, se produce una acumulacin de partculas de xido que actan como un abrasivo entre superficies con un ajuste forzado, tales como las que se encuentran entre ejes y cojinetes o mangas.4.10. CORROSION SELECTIVA

La disolucin selectiva es la eliminacin preferencial de un elemento de una aleacin slida por procesos corrosivos. El ejemplo ms comn de este tipo de corrosin es la descincificado que tiene lugar en los latones, consistente en la eliminacin selectiva del cinc que est aleado con cobre. Procesos similares tambin ocurren en otras aleaciones, como la prdida observable de nquel, estao y cromo de las aleaciones de cobre; de hierro en hierro fundido, de nquel en aceros y de cobalto en las stellitas.Por ejemplo, en la descincificacin de latn con 70% de Cu y 30% de Zn, el cinc se elimina preferentemente del latn, dejando una matriz esponjosa y dbil, El mecanismo de descincificacin del cobre involucra las tres etapas siguientes:1) Disolucin del latn.2) Permanencia de los iones cinc en la disolucin.3) Electrodeposicin del cobre en solucin sobre el latn.

Ejemplo de la descincificacin del latn.

Puesto que el cobre que permanece no tiene la textura del latn, la firmeza de la aleacin y su resistencia es considerablemente menor.Este proceso puede minimizarse o prevenirse fabricando latones con menor contenido de cinc, es decir latones con 85% de Cu y 15% de Zn, o cambiando a aleaciones cupronquel, de 70-90% de Cu y de 10-30% de Ni. Otras posibilidades son modificar el ambiente corrosivo o usar una proteccin catdica.

4.11. CORROSION SECA

Hasta ahora hemos estado hablando de oxidacin de metales en medio acuoso, sin embargo, estos materiales tambin reaccionan con el aire para formar xidos externos. La alta temperatura de oxidacin de los metales es particularmente importante en el diseo de algunos componentes como turbinas de gas, motores y equipamiento de petroqumicas.El grado en que un xido protege a un metal y por lo tanto no se corroe depende de varios factores, los ms importantes son:1.El porcentaje en volumen del xido respecto al metal despus de la oxidacin debe ser prximo a la unidad.

2.La pelcula formada debe tener buena adherencia.

3.El punto de fusin del xido debe ser alto.

4.La pelcula de xido debe tener baja presin de vapor.

5.La pelcula formada debe tener un coeficiente de expansin casi igual al del metal.

6.La pelcula formada debe tener plasticidad a alta temperatura para evitar que se rompa o cuartee.

7.La pelcula formada deber tener baja conductividad y bajos coeficientes de difusin para iones metlicos y oxgeno.

El primer paso es pues determinar el porcentaje en volumen de xido respecto al metal tras la oxidacin para evaluar si el xido formado es protector o no. El clculo de este porcentaje es lo que se conoce comorelacin de Pilling-Bedworth, P-B, que se expresa como:Relacin P-B = Volumen Oxido producido / Volumen de metal consumidoCuando el metal tiene una relacin P-B < 1, el xido formado es poroso y poco protector, no protege, como es el caso de metales alcalinos. Si la relacin es mayor de 1, habr un esfuerzo compresivo y el xido formado tender a romperse, como es el caso del xido de Fe, Fe2O3que vale 2,15. Si la relacin P-B es cercana a la unidad, el xido puede ser protector pero deber cumplir con algunos otros de los factores antes sealados.Cuando se forma una pelcula de xido sobre un metal por la accin oxidante del oxgeno, la tendencia ms fundamental es la de un proceso electroqumico, como hemos sealado con anterioridad, que la simple combinacin qumica para formar el xido correspondiente. De manera que las reacciones parciales de oxidacin y reduccin para la formacin de iones divalentes son:Reaccin parcial oxidacin: MM+2+ 2e-(12.54)Reaccin parcial reduccin: O2+ 2e-O2-(12.55)En las primeras etapas de la oxidacin, la capa de xido que se forma es discontinua y comienza con el crecimiento lateral de los primeros ncleos de xido formados. Despus se produce la interconexin entre ncleos de xidos y el transporte de masa de los iones en una direccin normal a la superficie. Como se aprecia en la figura 11.1a el metal se difunde a medida que cationes y electrones atraviesan la pelcula de xido. En este mecanismo el oxgeno se reduce a iones oxgeno en lainterfase xido-gas, encontrndose la zona de formacin de xido en esta superficie.

Figura 11.1 Mecanismos de oxidacin en la corrosin seca. a) Difusin de cationes. b) Difusin de aniones.

En otros casos, por ejemplo xidos metlicos pesados, el oxgeno se difunde como iones O2-a la interfase metal-xido y los electrones se difunden a la interfase xido-gas, tal como se muestra en la figura 11.1 bDesde el punto de vista de ingeniera la velocidad a la cual los metales y aleaciones se oxidan es muy importante pues determina la vida til de la pieza o componente. Normalmente esta se expresa como la ganancia de peso por unidad de rea. De forma emprica se han determinado las leyes de velocidad de oxidacin y podemos decir que estas responden a comportamientos lineales, parablicos o logartmicos.

5. CONTROL DE LA CORROSIN

En las situaciones prcticas ms importantes, la degradacin no puede ser totalmente eliminada, pero al menos puede ser controlada, consiguiendo la vida en servicio prevista.

Existen tres etapas muy significativas para la definicin del tiempo de vida de un componente: el diseo, la construccin y el uso. La informacin conseguida a travs del comportamiento del componente debe aportar la experiencia que permita conseguir el tiempo de servicio planificado.En situaciones prcticas la corrosin no puede ser eliminada como tampoco las tensiones.

Desde el punto de vista tensional es conveniente reducir en lo posible su nivel de las tensiones axiales, lo que se consigue:

Eliminando concentradores de tensiones.Con tratamientos superficiales que introduzcan el pretensionado de compresin.

Desde el punto de vista de corrosin los mtodos genricos para su prevencin estn en las lneas de:

1 - Modificacin del diseo.2 - Modificacin del medio.3 - Seleccin de materiales.4 - Protecciones andicas.5 - Protecciones catdicas.6 - Aplicacin de capas de proteccin: Recubrimientos.

La corrosin puede ser controlada o prevenida por mtodos muy diferentes. Desde un punto de vista industrial, los aspectos econmicos de la situacin son normalmente los decisivos respecto al mtodo a elegir. Por ejemplo, un ingeniero debe determinar si es ms econmico reemplazar peridicamente determinado equipamiento o fabricarlo con materiales que sean altamente resistentes a la corrosin pero ms caros, de tal forma que duren ms.

5.1 Modificacin del diseo

En ingeniera un diseo adecuado de un equipamiento resulta importante tanto para prevenir la corrosin como para seleccionar los materiales adecuados. Se deben considerar los materiales teniendo en cuenta los requerimientos mecnicos, electrnicos y trmicos necesarios y adecuados. Todas estas consideraciones deben sopesarse con las limitaciones econmicas. En el diseo de un sistema, la aparicin de problemas especficos de corrosin puede requerir la consulta a expertos en la materia. Sin embargo, algunas reglas generales de diseo, como las siguientes, deben ser tenidas en cuenta:

1. Se ha de tener en cuenta la accin penetrante de la corrosin junto con los requerimientos de tensin mecnica cuando se consider el espesor del metal utilizado. Esto es especialmente importante para las tuberas y tanques que contengan lquidos.

2. Son preferibles los recipientes soldados que los remachados para reducir la corrosin por grieta. Si se usan remaches, hay que elegir aquellos que, sean catdicos a los materiales que se combinan.

3. Si es posible, se deben usar metales galvnicamente similares para la estructura completa. Se han de evitar metales no similares que puedan dar lugar a corrosin galvnica. Si se atornillan juntos metales no similares galvnicamente, hay que usar juntas y arandelas no metlicas para prevenir contactos elctricos entre los metales.

4. Es preciso evitar una tensin excesiva y concentraciones de tensin en entornos corrosivos, para prevenir la ruptura por corrosin bajo tensin. Esto es especialmente importante cuando se utilizan aceros inoxidables, latones y otros materiales susceptibles a este tipo de ruptura en ciertos entornos corrosivos.

5. Se deben evitar recodos agudos en sistemas de tuberas por donde circulan lquidos. En las reas donde cambia la direccin del fluido bruscamente, se potencia la corrosin por erosin.

6. Se ha de cuidar el diseo de tanques y otros recipientes para que sean fciles de desaguar y limpiar. Depsitos estancados de lquidos corrosivos provocan la aparicin de celdas (o pilas) por concentracin potenciando as corrosin.

7. Se deben disear sistemas que faciliten el traslado y sustitucin de aquellas piezas que se espera queden inservibles en poco tiempo. Por ejemplo, las bombas en las plantas qumicas deberan ser fcilmente trasladables.

8. Es importante disear sistemas de calefaccin que no den lugar a zonas puntuales calientes. Los cambiadores de calor, por ejemplo, debieran ser diseados para conseguir gradientes de temperatura uniformes.

5.2 Modificacin del medio corrosivo

Tpicamente los medios o ambientes corrosivos se clasifican en cuatro tipos:1. Atmosfricos2. Enterrados3. Lquidos4. Alta temperaturaCada uno de ellos tiene caractersticas que pueden variar considerablemente con el tiempo e incluso con su situacin geogrfica o estacional y pueden afectar al proceso de corrosin de un material de diferentes maneras.

Ambientes Atmosfricos:La atmosfera terrestre est compuesta bsicamente por Oxigeno (20%), Nitrgeno (78%) y de otros elementos en una proporcin muy pequea (Argn, Hidrogeno, vapor de Agua etc.) de esta composicin el oxigeno (el ms abundante) tiene una importancia relevante para las reacciones involucradas en el proceso de corrosin de los materiales, especficamente en la generacin del oxido en la superficie de los mismos. Sin embargo no solo estos elementos gaseosos pueden encontrarse en nuestra atmosfera, elementos en su estado liquido como el agua, en forma de lluvia o humedad o en su estado slido como el polvo y sales en los ambientes marinos tambin pueden estar presentes y afectar significativamente el proceso de corrosin, adicionalmente otros factores como la temperatura ambiente y elementos incorporado por la actividad humana pueden afectar tambin, asi pues los ambientes atmosfricos pueden clasificarse en: Atmosferas Industriales Atmosferas marinas Atmosferas rurales Atmosferas tropicales Atmosferas InterioresAmbientes Enterrados:Los ambientes enterrados pueden ser descritos en trminos de las caractersticas de los suelos donde se encuentran. Los suelos tpicamente estn compuesto por arena, slice, arcilla, rocas y otros materiales en pequeas proporcines, la corrosividad de estos dependen de las caractersticas qumicas y fsicas de ellos, su humedad o contenido de agua presente, su resistividad elctrica, concentracin de aire y de la presencia o no de bacterias. Una caracterstica fundamental de estos ambientes es que pueden variar, significativamente, a poca distancia en la misma zona geogrfica, igualmente varia en el tiempo y por efectos estacionales.

Ambientes lquidos:La inmersin de un material en un medio lquido, bien sea en una zona industrial o una atmosfera natural puede presentar una amplia variedad de ambientes corrosivos.

En ambientes naturales, la inmersin en agua de mar es la ms comn, esta posee un alto contenido de sales corrosivas y baja resistividad elctrica lo que la hace particularmente corrosiva. La actividad biolgica presente en el agua de mar tambin es un factor importante, la generacin de Fouling y otros micro-organismos que se acumulan en las superficies de los materiales pueden favorecer los procesos corrosivos.

Ambientes a altas temperaturas:Generalmente se considera que un ambiente esta a alta temperatura cuando esta sobre los 650 Centgrados, a esta temperatura la presencia de un medio liquido no es necesario para que ocurran las reacciones de reduccin y oxidacin tpicas de los procesos corrosivos.

El medio puede ser bsicamente gaseoso, lquido o slido. La modificacin del medio es importante para deducir las tasas de corrosividad.Si el medio es gaseoso la modificacin debe atender a las posibilidades de formacin de electrolito lquido. Fundamentalmente hay que controlar:

Humedad relativa.Componentes voltiles del proceso.Contaminantes voltiles.Temperatura.

Si el medio corrosivo es lquido puede actuarse incidiendo en su conductividad, su pH, posibilidades de formacin de film pasivo resistente, eliminacin de O2 disuelto. Algunos de los mtodos ms importantes para reducir la corrosin por cambios ambientales son: bajar las temperaturas, disminuir la velocidad de los lquidos, eliminar el oxgeno de los lquidos y reducir las concentraciones de iones.

1. Generalmente, bajando la temperatura de un sistema se consigue reducir la corrosin, debido a que la velocidad de reaccin disminuye a bajas temperaturas. No obstante, existen algunas excepciones en las cuales se da el fenmeno inverso; por ejemplo, el agua del mar a ebullicin es menos corrosiva que el agua de mar fra debido a que la solubilidad del oxgeno disminuye con el aumento de la temperatura.

2. Disminuyendo la velocidad de un fluido corrosivo se reduce la corrosin por erosin. Sin embargo, para metales y aleaciones que se pasivan, es ms importante evitar las disoluciones estancadas.

3. Eliminar el oxgeno de las disoluciones acuosas es, algunas veces, provechoso para reducir la corrosin; por ejemplo, las calderas de agua suelen ser desoxigenadas para reducir la corrosin. Sin embargo, para sistemas que dependen del oxgeno para pasivarse, la desaireacin es indeseable.

4. La reduccin de la concentracin de iones corrosivos en una solucin que est corroyendo un metal puede hacer que disminuya la velocidad de corrosin del metal. Por ejemplo, la reduccin de la concentracin del ion cloruro en una disolucin acuosa reducir el ataque corrosivo sobre aceros inoxidables.

El modo ms generalizado de modificacin del medio se consigue, especialmente si el electrolito est en circuito cerrado, es mediante el uso de inhibidores de la corrosin. Los inhibidores son, esencialmente, catalizadores de retardo. La mayora de los inhibidores han sido desarrollados por experimentos empricos y, muchos, los proporciona la naturaleza. Sus acciones tambin varan considerablemente. Por ejemplo, los inhibidores tipo absorcin son absorbidos por una superficie y forman una pelcula protectora. Los inhibidores tipo desoxidante o barrendero reaccionan para eliminar agentes de corrosin, tales como el oxgeno, de una disolucin.

Se clasifican generalmente en:

1) Inhibidores andicos.2) Inhibidores catdicos.3) Inhibidores de absorcin.

Los inhibidores andicos

Aumentan la polarizacin del nodo por reaccin con los iones del metal que se corroe para producir pelculas pasivas, o capas salinas de solubilidad limitada que cubren el nodo.

Los inhibidores catdicos

producen la inhibicin en la reaccin catdica, tanto sobre los iones H+ en medio cido, o los oxidrilos OH- en medio bsico, aumentando la polarizacin catdica, y con ello la corriente de corrosin.

Los inhibidores de absorcin

Son molculas orgnicas largas con cadenas laterales que son adsorbidas desde la superficie metlica. La masa de la molcula puede limitar la difusin de O2 a la superficie o retener los iones metlicos sobre la superficie con lo que se consigue reducir la velocidad de corrosin.

5.3. Seleccin de materiales.

Un medio primario para disminuir los procesos corrosivos es la seleccin del material ms adecuado para aquel medio. Debe seleccionarse en funcin del binomio medio-aleacin.

Sin embargo no es fcil esta seleccin por lo restringido del campo de seleccin, ya que no se conoce una aleacin ptima para todos los medios posibles.

Para cualquier aleacin existe el medio que produce fuerte corrosin.Tampoco es fcil la seleccin pues adems hay que realizarlo atendiendo a los procesos de unin, soldadura, tratamientos, etc., que aaden parmetros que sensibilizan el material.

En cualquier caso la seleccin de la aleacin debe ir asociada con la de algn proceso adicional de proteccin como los que se citan en los puntos siguientes. Existen, sin embargo, algunas reglas generales que son bastante aceptadas y que pueden ser aplicadas cuando se seleccionan metales y aleaciones resistentes a la corrosin para aplicaciones de ingeniera. Estos son:

1. Para condiciones no oxidantes o reductoras tales como cidos y soluciones acuosas libres de aire, se utilizan frecuentemente aleaciones de nquel y cromo.

2. Para condiciones oxidantes se usan aleaciones que contengan cromo.

3. Para condiciones altamente oxidantes se aconseja la utilizacin de titanio y sus aleaciones.

Como referencia muy general se citan las aleaciones de mayor aplicabilidad en medios corrosivos y el in que ms nocivo le resulta.

Las aleaciones que no se pasivan en un medio muestran velocidades de corrosin crecientes con el incremento del voltaje.Los metales que se pasivan en un medio corrosivo muestran un mnimo para ciertas condiciones de polarizacin andica.

Sin embargo se entiende que el metal pasivado sigue un mnimo proceso de corrosin. Los materiales polimricos tales como los plsticos y los cauchos son dbiles y blandos y en general menos resistentes a los cidos inorgnicos fuertes que los metales y aleaciones, y en consecuencia su utilizacin como materiales primarios en resistencia a la corrosin es muy limitada. Sin embargo, a medida que aumenta la disponibilidad de nuevos materiales plsticos resistentes a la corrosin, su presencia en la industria se hace cada vez ms importante.

Los materiales cermicos poseen una resistencia a la corrosin y a las altas temperaturas calificables de excelente, pero tienen la desventaja de ser quebradizos para resistencias a tensin bajas. Por tanto, la utilizacin de materiales no metlicos en el control de la corrosin concreta principalmente en la produccin de forros, juntas y recubrimientos.

5.4. Proteccin andica.

La proteccin andica es un mtodo que consiste en recubrir un metal con una fina capa de oxido para que no se corroa. Existen metales como el aluminio que al contacto con el aire son capaces de generar espontneamente esta capa de oxido, y se hacen resistentes a la corrosin. Tiene que ser adherente y muy firme de lo contrario no servira de nada. Por otro lado la proteccin catdica ocurre cuando un metal es forzado a ser el ctodo de una celda corrosiva de un metal que se corroa mas fcilmente que el. Mediante la proteccin andica se consigue: Mantener una aleacin pasivable con ayuda de un potenciostato. Solo es aplicable a la proteccin de aleaciones pasivables que exhiban un amplio rango de pasividad. Equipamiento costoso y difcil de mantener. Su rango de aplicacin es menor que el de otros mtodos, aunque en algunos casos es la nica tcnica que puede ser utilizada con xito. Pasivacin

-Se entiende por pasividad la propiedad que presentaron determinados metales y aleaciones de permanecer prcticamente inertes en determinados medios. -En cual deberan comportarse como metales activos y por tanto disolverse a altas velocidades a travs de mecanismos de corrosin electroqumica. -En el caso del hierro este puede inducirse por polarizacin andica, es decir, obligando al material a trabajar por encima de un determinado valor de potencial. -Un material o aleacin se considera pasivable si al incrementar el potencial de corrosin hacia valores mas nobles (condiciones mas oxidantes) la velocidad de disolucin en un medio mas agresivo determinado es menor que la registrada a potenciales inferiores. -Esta propiedad de algunos metales y aleaciones es de mucha importancia, pues permite el empleo de metales activos de precios ms o menos moderado como el aluminio o el cromo en medios de alta agresividad, en los que se comportan como si fueran metales nobles. -El caso ms relevante por su inters industrial es el de los aceros inoxidables.

-Cuando el cromo se alea con el hierro con una concentracin mayor del 12% en peso (acero inoxidable) es capaz de transferir este comportamiento a la aleacin. Mecanismos de pasivacin -La razn de la pasividad, hoy se sabe que el fenmeno de la pasividad puede ser consecuencia de: A) La formacin de una capa de oxidados de muy pequeo espesor pero compacta, adherente y muy baja porosidad que prcticamente asla el metal del medio. B) o bien la presencia de capaz monoatmicas, generalmente de oxigeno absorbidas sobre las superficies metlicas. Este caso es bastante menos comn. -El mecanismo qumico para el caso del hierro puede ser la siguiente -Si existen cationes metlicos en el electrolito que provienen de la reaccin andica y en presencia de OH- provenientes de la reaccin catdica de oxigeno: -Si inicialmente no existen cationes metlicos en solucin, si deforma el oxido antes de que comience