TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALINA CRUZ

MATERIA:

INGENIERÍA DE MATERIALES NO METÁLICOS

TEMA:

UNIDAD 7. PROTECCIÓN CONTRA EL DETERIORO

ALUMNO:

ISAURO REYNA TALIN

SEMESTRE: III GRUPO: B2

DOCENTE:

ING. JUAN MANUEL CRUZ MARTÍNEZ

CARRERA:

INGENIERÍA MECÁNICA

Salina Cruz, Oaxaca; Diciembre de 2015

INTRODUCCIÓN

Los materiales están expuestos continuamente a los más diversos ambientes de interacción material-ambiente provoca, en muchos casos, la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del material. Los mecanismos de deterioro son diferentes según se trate de materiales metálicos, cerámicos o polímeros.

CAPITULADO

UNIDAD 7. PROTECCIÓN CONTRA EL DETERIORO

Actividad 1:• Métodos y Técnicas para la Protección de los Materiales

contra el Deterioro. Actividad 2:

• Técnicas Electroquímicas para la Protección contra la Corrosión en los Materiales.

Actividad 3:• Procedimiento para la Instalación Anódica y Catódica contra

el Deterioro de Metales.

Conclusión. Fuentes consultadas.

ACTIVIDAD 1MÉTODOS Y TÉCNICAS PARA LA PROTECCIÓN DE LOS

MATERIALES CONTRA EL DETERIORO

En los materiales metálicos, el proceso de deterioro se llama oxidación y corrosión. Por otro lado, en los cerámicos las condiciones para el deterioro han de ser extremas, y hablaremos también de corrosión. Sin embargo, la pérdida de las propiedades de los materiales polímeros se denomina degradación.

Los principales factores que se deben considerar en el estudio de las protecciones contra la oxidación y la corrosión son los siguientes:

a) Clase y estado del metal.b) Estado de la pieza.c) Medio en que se encuentra.d) Clase de contacto entre el metal y el medio en que se encuentra.

Clasificación de tratamientos superficiales para eliminar los contaminantes y el óxido los podemos dividir en:

Métodos químicos: se emplean desengrasantes y detergentes para eliminar la grasitud. El óxido es eliminado con soluciones ácidas conocidas como desoxidantes, debiéndose retirar el exceso de los mismos previo al pintado. Otro método muy eficaz e integral es fosfatizado.

Métodos físicos: eliminar la grasitud y contaminantes mediante desengrasantes o trapeo con solvente.

Para eliminar el óxido se pueden aplicar varios métodos que indicaremos en orden creciente de eficacia:

Lijado. Cepillado manual. Cepillado mecánico. Granallado. Picareteado. Arenado húmedo. Arenado seco.

Los procedimientos generalmente aplicados para la protección contra la oxidación y la corrosión pueden clasificarse en seis grupos principales:

1. Protección por recubrimientos metálicos.2. Protección por recubrimientos no metálicos.3. Protección por el empleo de inhibidores.4. Protección por el empleo de pasivadores.5. Protección catódica.6. Protección por el empleo de metales autoprotectores

PROTECCIÓN POR RECUBRIMIENTOS METÁLICOS

Uno de los procedimientos más empleados contra la oxidación y corrosión es el recubrir la superficie que se desea proteger con una capa de metal auto protector lo más compacta y adherente posible. Si el metal protegido es menos electronegativo (catódico) que el protector (anódico), la protección tiene lugar aun en el caso de agrietamiento o descascarillado de la capa protectora. Lo contrario sucede si el recubrimiento es catódico, requiriéndose en este caso un recubrimiento perfecto, sin porosidad.

Los recubrimientos metálicos pueden aplicarse por varios procedimientos: por electrólisis, por inmersión en el baño del metal protector, por metalización, por cementación y por chapado.

Preparación de la superficie.

1. Decapadoa) Decapado Mecánico

Chorro de Arena Chorro de Perdigones

b) Decapado Químicoc) Decapado Electrolítico

Recubrimientos por electrolisis.

Cobre Níquel Cromo Zinc Cadmio Latón

Recubrimientos por inmersión en baño de metal fundido.

Galvanizado

Estañado

Recubrimiento por metalización.

Pistola de metalizar Al vacío

Recubrimiento por cementación.

Sherardización Cromización Calorización Silicación

Recubrimientos por chapado.

PROTECCIÓN POR RECUBRIMIENTOS NO METÁLICOS

Los recubrimientos no metálicos empleados en la protección de la corrosión se pueden clasificar principalmente en:

Fosfatacion

Fosfato diácido de Manganeso Fosfato diácido de Zinc Fosfato diácido de Sodio

Oxidacion superficial

Por calentamiento Por electrólisis (oxidación anódica) Por ataque de un ácido (oxidación química).

Esmaltado

De borosilicatos de Calcio De Potasio De Plomo

Pinturas

Al aceite (pigmentos de óxido férrico) De purpurinas (Aluminio o polvo de Aluminio)

De caucho clorado y poliestireno (polvo de Zinc) Con base de Alquitrán

Cerámicos

Gres Ladrillos antiácidos Materiales refractarios Porcelana Vidrio Hormigón Cemento

PROTECCIÓN POR EL EMPLEO DE INHIBIDORES

Un inhibidor es una sustancia que se añade, generalmente en proporción muy pequeña, a un medio corrosivo, para detener o disminuir la velocidad de la corrosión formando un compuesto protector insoluble sobre la superficie del metal, bien sea catódica o anódica. Existen dos clases de inhibidores: los anódicos y los catódicos.

Anódicos

De carbonato sódico De bicarbonato sódico De fosfato sódico, De silicato sódico De cromato sódico De bicromato potásico (en proporción de 0,2 por ciento)

Catódicos

Sulfato de magnesio De Níquel De Zinc De absorción

o La gelatina o El taninoo El agar-agar

PROTECCIÓN POR EL EMPLEO DE PASIVADORES

En algunos casos se forma una película en la superficie del metal que detiene la corrosión apenas iniciada. Se dice entonces que estos metales tienen pasividad

natural contra la corrosión en el medio que ocurre esto. También puede conseguirse la pasividad tratando previamente el metal, y entonces se dice que la pasividad ha sido provocada por un pasivador. Los pasivadores más empleados son:

El minio (Óxido de Plomo) El cromato de Zinc

PROTECCIÓN CATÓDICA

La protección catódica consiste en incluir la pieza que se desea proteger en un circuito eléctrico con fuerza electromotriz exterior aplicada, o sin ella de manera que el metal haga de cátodo.

Los ánodos más utilizados, cuando se aplica protección catódica sin suministro de energía eléctrica exterior, son de Zinc, Aluminio, Magnesio o aleación rica en Magnesio.

Los ánodos utilizados cuando se emplea la protección anódica con suministro de energía eléctrica exterior, pueden ser de Hierro, generalmente tubos o chapas viejas.

Ánodos de sacrificio

Corrientes impresas

PROTECCIÓN POR EL EMPLEO DE METALES AUTOPROTECTORES

Así el Cromo, el Níquel, el Platino, el Oro, el Tántalo y el Wolframio, entre otros, son muy resistentes a la oxidación y corrosión atmosférica y a la acción de muchos ácidos.

Pero su elevado precio impide su utilización salvo para aplicaciones científicas.

Únicamente se emplea en gran escala el Plomo para muchas aplicaciones anticorrosivas, entre ellas el revestimiento de las cámaras de fabricación de ácido sulfúrico.

Las aleaciones anticorrosivas que más se emplean son los aceros inoxidables y las aleaciones de Níquel.

Aceros inoxidables

Martensíticos Ferríticos Austeníticos

Aleaciones de Níquel

Inconel (80 por ciento de níquel, 14 por ciento de cromo, 6 por ciento de hierro) Hastelloy B (62 por ciento de níquel, 30 por ciento de molibdeno y 5 por ciento de

hierro), Monel (67 por ciento de níquel, 30 por ciento de cobre, 1,4 por ciento de hierro, 1

por ciento de Mn y 0,15 por ciento de carbono) Cuproaluminios (del 6 al 12 por ciento de aluminio)

ACTIVIDAD 2TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS PARA LA PROTECCIÓN CONTRA

LA CORROSIÓN EN LOS MATERIALES

PROTECCIÓN POR EL EMPLEO DE INHIBIDORES

Un inhibidor es una sustancia que se añade, generalmente en proporción muy pequeña, a un medio corrosivo, para detener o disminuir la velocidad de la corrosión formando un compuesto protector insoluble sobre la superficie del metal, bien sea catódica o anódica.

Los inhibidores se emplean mucho en el decapado ácido, para disminuir la velocidad de ataque del metal a decapar sin interferir la eliminación de la capa de óxido.

Existen dos clases de inhibidores: los anódicos y los catódicos.

Inhibidores anódicos. Los inhibidores anódicos reaccionan sobre las partes anódicas del metal, formando un compuesto protector. Se emplean como inhibidores anódicos el carbonato sódico, el bicarbonato sódico, el fosfato sódico, el silicato sódico y el cromato sódico. También se emplea el bicromato potásico en la proporción de 0,2 por ciento.

Los inhibidores anódicos producen una velocidad de corrosión pequeña, con alto potencial de electrodo.

Inhibidores catódicos. Los inhibidores catódicos forman compuestos protectores sobre el cátodo, empleándose para este fin sulfato de magnesio, de níquel y de cinc. Los inhibidores catódicos se utilizan para evitar la corrosión del acero en aguas neutras.

Existen otros inhibidores denominados de absorción, que son sustancias coloidales que se fijan sobre el metal. Entre estos pueden citarse la gelatina, el tanino, el agar-agar, etc.

PROTECCIÓN CATÓDICA

La protección catódica consiste en incluir la pieza que se desea proteger en un circuito eléctrico con fuerza electromotriz exterior aplicada, o sin ella de manera que el metal haga de cátodo (ver figura).

Este método se funda en el hecho comprobado de que si se sumergen dos metales de distinto potencial galvánico, por ejemplo, cinc y hierro, unidos o puestos en contacto en una solución salina, se produce una corriente eléctrica a través del electrolito, que va del metal anódico -en este caso el cinc- al catódico, que es el hierro, que neutraliza las acciones electroquímicas locales entre distintas zonas que habría en cualquiera de los metales de haberse aislado. En este caso particular, el hierro resulta protegido a costa de consumirse el cinc.

Los ánodos más utilizados, cuando se aplica protección catódica sin suministro de energía eléctrica exterior, son de cinc, aluminio, magnesio o aleación rica en magnesio. El aluminio tiene el inconveniente de formar una capa de óxido que disminuye su acción protectora.

Los cascos de los navíos se protegen contra la corrosión galvánica producida por la acción de las hélices de bronce colocando ánodos de cinc o de magnesio en el casco, en las proximidades de la hélice.

Si la resistencia del electrolito, o sea, del medio en que esta el metal (puede ser tierra húmeda, etc.) es demasiado grande y la corriente que circula entre los dos metales es demasiado débil para anular las corrientes locales, debe proveerse un suministro de corriente continua exterior para establecer una corriente eléctrica de intensidad adecuada.

Naturalmente, este tipo de protección exige el sacrificio del metal que hace de ánodo.

Los ánodos utilizados cuando se emplea la protección anódica con suministro de energía eléctrica exterior, pueden ser de hierro, generalmente tubos o chapas viejas, pues ya no es necesario que el metal protector tenga distinto potencial galvánico que el metal protegido. La fuente de energía eléctrica debe dar corriente continua, y generalmente se emplean rectificadores de corriente alterna o baterías de acumuladores.

La densidad de corriente necesaria para obtener protección por cada metro cuadrado de superficie metálica, podrá variar según el aislamiento de la pieza.

Si las piezas, tuberías por ejemplo, tienen un buen recubrimiento protector, los gastos originados por la protección catódica se reducirán notablemente.

Por esto, en general, solo se emplea la protección catódica con suministro de energía eléctrica en los puntos más expuestos a la corrosión, que pueden determinarse midiendo la resistencia eléctrica del terreno.

Todas las zonas de menor resistencia con respecto a las vecinas, son zonas de corrosión de intensidad apreciable. Únicamente se emplea la protección catódica con fuerza electromotriz exterior aplicada, para protección total de tuberías o juntas enterradas cuando están muy bien revestidas, porque entonces la densidad de corriente necesaria es muy pequeña.

Ánodos de sacrificio.

Se trata de unir la estructura a proteger a un metal más electronegativo que actúa como ánodo y se corroe.

Ejemplos: La protección de las tuberías subterráneas de acero se lleva a cabo uniéndolas mediante un conductor a placas de Zn o Mg; en el caso de los navíos se protege de la acción perjudicial de la hélice (de latón y bronce) con electrodos de Zn o Mg (electrógenos), colocados en su proximidad.

Corrientes impresas.

Se hace circular una corriente continua, producida por un generador exterior, a través del medio corrosivo, entre un ánodo muy resistente a la corrosión y la pieza que actúa de cátodo. Los oleoductos y tuberías subterráneas se protegen por este procedimiento.

Consiste en conectar el metal a proteger al polo negativo (cátodo) de una fuente de alimentación de corriente continua, y el positivo al ánodo (electrolito auxiliar, chatarra).

La energía eléctrica necesaria para el proceso de protección es generada, en el caso de los barcos, a bordo del buque, extrayéndola de un generador.

El problema es que se provoca un potencial altamente negativo en las zonas adyacentes al ánodo, con lo cual se provoca la destrucción de los sistemas de pintura.

Aunque habrá que pintar, ya que de lo contrario, la demanda de corriente sería muy superior.

ACTIVIDAD 3PROCEDIMIENTO PARA LA INSTALACIÓN ANÓDICA Y

CATÓDICA CONTRA EL DETERIORO DE METALES

PROTECCIÓN ANÓDICA

1 > Pre-tratamiento: En esta primera etapa el aluminio es sometido a un primer tratamiento químico, con la finalidad de lograr una total limpieza en la superficie de dicho material; con ello, el acabado resultante logra ser de una apariencia satinada mate en el cuál se controlan los tonos del acabado en ligero, medio y pesado.   

Se controla además en este paso la brillantez del aluminio, que permite tener una amplia variedad en los niveles de la reflexión del acabado.

2 > Tratamiento de anodizado: En esta segunda etapa una de las superficies es preparada para ser sometida a un tratamiento que construirá la película de anodizado; esto se hace sumergiendo el aluminio en un baño electrolítico donde se aplicará corriente eléctrica.  Es importante hacer mención que la capa anódica se forma en base al aluminio mismo, convirtiéndose al momento en una dura y porosa película en donde el factor del espesor del anodizado es posible determinarlo en función al uso final del material.

3 > Post-tratamiento: En esta tercera y última etapa se presenta la aplicación del color en la capa anódica.  Tintas orgánicas pueden ser utilizadas para llenar los poros con algún color o también pueden depositarse electromecánicamente sales metálicas en los poros para crear un amplio espectro de colores.  Muchos de estos colores serán resistentes al medio ambiente sin perder colorido. 

Finalmente, el sellado de la capa anódica consiste en un baño de agua caliente que básicamente dilatará los poroshasta cerrarlos.

PROTECCIÓN CATÓDICA

Los ánodos se pueden colocar en la estructura a proteger de maneras diferentes, pero siempre con ayuda del alma que los atraviesa, la que suele ser redonda y de acero.

Los extremos que sobresalen del alma pueden doblarse ligeramente y soldarse, lo que es el caso más común, se utilizan también con frecuencia sistemas de grapas o espárragos o simplemente se atornillan.

Cuando van enterrados, se introducen en una bolsa de tela y son rodeados de una mezcla de componentes de baja resistividad que proporcionan un funcionamiento homogéneo del ánodo.

Por medio de un cable se une el alma de acero del ánodo con la estructura que se quiere proteger; presenta el detalle de instalación de ánodos de sacrificio.

En forma genérica, se puede mencionar que el procedimiento de instalación consiste básicamente en realizar una perforación en el terreno de aproximadamente 2 m de profundidad y 0,25 m de diámetro, a una distancia de 2 a 3 m del eje de la estructura.

Finalizada la excavación del pozo, se introduce el ánodo rodeado por un material denominado “back-fill”, el que está contenido en una bolsa de lienzo.

Como ya se mencionó, la pieza metálica posee axialmente un alma de acero cincado que se suelda al cable que permite su conexión a la estructura a proteger.

Generalmente, el “back-fill” es una mezcla bien homogeneizada y apisonada de yeso hidratado, bentonita y sulfato de sodio; su finalidad es regular la corrosión del ánodo.

Luego de introducir la bolsa, se rellena el pozo con suelo seleccionado de buena conductividad, carente de piedras.

Se debe prestar especial atención en que la cabeza del ánodo (o de la bolsa) quede a la profundidad del eje de la estructura. El ánodo puede conectarse directamente a la estructura o indirectamente por medio de bornes, a una caja de medición montada especialmente.

Estas cajas facilitan la medición de los potenciales de la estructura contra tierra y las corrientes drenadas por los ánodos. Generalmente se las pinta con fines de señalización.

La elección del material de ánodos a utilizar depende fundamentalmente de la resistividad del electrolito.

Es importante señalar que la instalación de electrodos y ánodos requieren técnicas especializadas que, de no llevarse a cabo, reducen o eliminan la protección perseguida.

Cálculo del número de ánodos

Con el fin de conocer el número de ánodos requeridos para llevar a cabo la protección catódica es necesario inicialmente determinar la superficie a proteger y calcular la densidad de corriente de protección.

El producto de la superficie a proteger (en m2) por la densidad de corriente de

protección (en mA

m2 ) da la intensidad total necesaria para la protección catódica (I t).

Por otra parte, como se conoce la intensidad que es capaz de suministrar un ánodo, se tiene que el número de ánodos N está dado por la siguiente relación:

N=I tI

Aleaciones para los ánodos

La composición de los ánodos tiene una gran importancia ya que actúa de una forma muy directa sobre las cuatro propiedades que permiten apreciar el valor de un metal o aleación para poder ser utilizado como ánodo de sacrificio: el potencial de disolución, el rendimiento de corriente, la polarizabilidad y la homogeneidad en la corrosión del ánodo.

Asimismo, la composición de los ánodos tiene una gran influencia sobre las propiedades de los productos de corrosión formados en el ánodo durante su actuación en servicio: porosidad, adherencia, dureza, conductividad eléctrica, etc.

Ánodos de zinc

Entre sus impurezas, las más perjudiciales son el hierro (Fe) y el plomo (Pb). Se ha encontrado que niveles de hierro superiores al 0,01% causan la pérdida de actividad del ánodo. Trabajos posteriores recomiendan no sobrepasar el 0,002%.

En aplicaciones de ánodos de Zn en agua de mar, sería recomendable un límite máximo de 0,0002% de Fe, aunque los ánodos de esta composición resultan muy difíciles de obtener comercialmente.

Como ánodo galvánico o de sacrificio se utiliza masivamente, sobre todo para la realización de la protección catódica en agua de mar: buques, andenes marítimos, refuerzos metálicos, diques flotantes, boyas, plataformas de perforación de petróleo, depósitos de agua, condensadores, etc.

Ánodos de magnesio

Se estudiaron una amplia serie de aleaciones de Mg con vistas a ser utilizadas como ánodos de sacrificio. Los Tablas 7 y 8 reúnen dichas composiciones. El rendimiento en corriente de estas aleaciones crece con la densidad de corriente.

El magnesio se puede utilizar para la protección catódica de estructuras provistas de un recubrimiento de mala calidad situadas en un medio de resistividad elevada (10.000 ohmxcm) tal como es el caso de un suelo arenoso; en resumen, su mejor campo de aplicación es en medios de resistividad elevada (entre 5.000 y 20.000 ohms-cm).

Ánodos de aluminio

El Al, a pesar de ser por sus características electroquímicas el material idóneo para ser utilizado como ánodo de sacrificio, se emplea como tal en forma relativamente reciente. La razón estriba en que este metal, aleado o no, presenta un serio inconveniente: se le forma una película de óxido de aluminio (pasivación anódica) que lo hace muy resistente a la corrosión y por tanto al "sacrificio".

El campo de aplicación de los ánodos de Al es semejante al de los de Zn; su comportamiento es satisfactorio en la protección catódica de estructuras sumergidas en aguas dulces.

CONCLUSIÓN

La corrosión causa el deterioro de todo tipo de materiales. Finalmente, toda una diversidad de mecanismos de desgaste y de desgaste corrosión alteran la forma de los materiales. Todos los años se requieren miles de millones de dólares para reparar los daños generados por la corrosión.

Los diseñadores e ingenieros deben saber cómo ocurre la corrosión, a fin de tomar en consideración diseños adecuados, para la selección de materiales y las medidas de protección.

FUENTES CONSULTADAS

(PÁGINAS WEB)

https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2010/09/oxidacion-y-corrosion.pdf (Fuera de línea) Página Consultada el 30 de Noviembre del 2015

http://www.eduinnova.es/monografias09/Nov09/Corrosion.pdf (Fuera de línea) Página Consultada el 30 de Noviembre del 2015

http://www.edu.xunta.es/centros/iescamposanalberto/aulavirtual/file.php/117/Tema2_Oxidacion.pdf (Fuera de línea) Página Consultada el 30 de Noviembre del 2015