CORROSION Y DETERIORO MATERIALES
DE
LOS
El deterioro de los materiales es la acción que se define como el desgaste del mismo a consecuencia de un fenómeno ambiental o químico. También puede ser provocado por la acción del hombre sometiendo esfuerzos. El deterioro de los materiales se puede dar por las siguie siguiente ntess causas causas:: Oxidaci Oxidación ón corros corrosión ión desgas desgaste te ! erosió erosión n materi materiale aless someti sometidos dos a esfuerzos. "a corros corrosión ión se define define como el deteri deterioro oro de un materi material al a consecue consecuenci nciaa de un ataque ataque elec electr troq oquí uími mico co por su ento entorn rno. o. #e mane manera ra m$s m$s gener general al puede puede ente entende nders rsee como como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma m$s estable o de menor energía interna. %iempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica &oxidación oxidación' ' la velo veloci cida dad d a la que que tien tienee luga lugarr depe depend nder er$$ en algu alguna na medid edidaa de la temperatura de la salinidad del fluido en contacto con el metal ! de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no met$licos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.
"a corr corros osió ión n puede puede ser ser medi median ante te una una reac reacci ción ón quími química ca &oxidorreducción oxidorreducción'' en la que intervienen tres factores:
•
"a pieza manufacturada El ambiente
•
El agua
•
O por medio de una reacción electroquímica electroquímica.. "os factores m$s conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire como la herrumbre herrumbre del hierro hierro ! ! el acero acero o o la formación de p$tina verde en el cobre cobre ! ! sus aleaciones & bronce bronce latón latón'. '.
%in embargo la corrosión es un fenómeno mucho m$s amplio que afecta a todos los materiales &metales cer$micas polímeros etc.' ! todos los ambientes &medios acuosos atmósfera alta temperatura etc.'. Es un problema industrial importante pues puede causar accidentes &ruptura de una pieza' ! adem$s representa un costo importante !a que se calcula que cada pocos segundos se disuelven ( toneladas de acero en el mundo procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros invisibles en cada pieza pero que multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo constitu!en una cantidad importante. "a corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química ! de física &físico)química'. *or e+emplo un metal muestra una tendencia inherente a reaccionar con el medio ambiente &atmósfera agua suelo etc.' retornando a la forma combinada. El proceso de corrosión es natural ! espont$neo.
%ímbolos de sustancias corrosivas.
Mecanismos de la corrosión %e suele limitar el concepto ,corrosión, a la destrucción química o electroquímica de los metales. En realidad es difícil dar una definición exacta de corrosión. %e inclu!en a continuación algunas de estas definiciones: ,"a corrosión puede ser definida como la reacción de un material con su entorno,. ,"a corrosión consiste en una oxidación del metal ! si el óxido no es adherente ! es poroso puede dar lugar a la destrucción de todo el metal, ,-orrosión: ataque de un material por el medio que le rodea con la consiguiente pérdida de masa ! deterioro de sus propiedades, ,-orrosión es la destrucción de un cuerpo sólido causada por un ataque no provocado de naturaleza química o electroquímica que se inicia en la superficie,
Esta ltima es la definición m$s generalmente aceptada originaria del ,/eichanschuss f0r 1etallschutz,. En cualquier caso la corrosión es un proceso destructivo en lo que a ingeniería se refiere ! representa una enorme perdida económica. "a corrosión de los metales también puede ser considerada como el proceso inverso de la metalurgia extractiva. 1uchos metales existe en la naturaleza en estado combinado por e+emplo como óxidos sulfatos carbonatos o silicatos. En estos estados las energías de los metales son m$s ba+as. En el estado met$lico las energías de los metales son m$s altas ! por eso ha! una tendencia espont$nea de los metales a reaccionar químicamente para formar compuestos.
%eme+anza entre obtención ! corrosión de los metales. Efectos de la corrosion El efecto de la corrosión es en el peor de los casos la destrucción total de un componente pero también da lugar a otros problemas que por menos contundentes no de+an de ser per+udiciales ! en algunos casos peligrosos para la seguridad de las personas. *or citar algunos se podría hablar de inicios de fractura fugas en tanques o conducciones merma de resistencia mec$nica en estructuras o en partes de m$quina desviaciones del funcionamiento normal de equipos contaminación debida a las sustancias que se producen en la corrosión ! per+uicio en el aspecto estético. #esde el punto de vista económico se distinguen dos tipos de pérdidas debidas a la corrosión las directas ! las indirectas.
Series De Fuerza Electromotriz El traba+o realizado para mover la carga eléctrica recibe el nombre de fuerza electromotriz&fem'. "a fem es el traba+o que tiene que realizar el generador para que se muevan las cargas del circuito. %ea q la cantidad de carga que pasa por cualquier sección del circuito en un intervalo de tiempo determinado ! T el traba+o realizado por el generador2 la fem viene dada por: E 3 Tq "a unidad de fem es el voltio 3 v 3 45 4 6o ha! que confundir el concepto fem con el de diferencia de potencial. "a fem es la causa del movimiento de las cargas dentro del propio generador mientras que la diferencia de potencial es la causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito. *or tanto un generador o fuente de fem es un dispositivo que transforma energía eléctrica. Est$ se presenta manteniendo constante una diferencia de potencial entre los bornes del generador. Est$ diferencia se denomina tensión se simboliza por 7.
Tipos de corrosión
8eneral o 7niforme: Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la pérdida regular del metal superficial. 9 su vez esta clase de corrosión se subdivide en otras: 9tmosférica: #e todas las formas de corrosión la 9tmosférica es la que produce ma!or cantidad de daos en el material ! en ma!or proporción. 8randes cantidades de metal de automóviles puentes o edificios est$n expuestas a la atmósfera ! por lo mismo se ven atacados por oxígeno ! agua. "a severidad de esta clase de corrosión se incrementa cuando la sal los compuestos de sulfuro ! otros contaminantes atmosféricos est$n presentes. *ara hablar de esta clase de corrosión es me+or dividirla segn ambientes. "os ambientes atmosféricos son los siguientes: ;ndustriales: %on los que contienen compuestos sulfurosos nitrosos ! otros agentes $cidos que pueden promover la corrosión de los metales. En adición los ambientes industriales contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas lo que produce un aumento en la corrosión. 1arinos: Esta clase de ambientes se caracterizan por la presentia de cloridro un ión particularmente per+udicial que favorece la corrosión de muchos sistemas met$licos. /urales: En estos ambientes se produce la menor clase de corrosión atmosférica caracterizada por ba+os niveles de compuestos $cidos ! otras especies agresivas. Existen factores que influencian la corrosión atmosférica. Ellos son la Temperatura la *resencia de -ontaminantes en el 9mbiente ! la
8alv$nica: "a corrosión 8alv$nica es una de las m$s comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos &con distinto par redox' se unen eléctricamente en presencia de un electrolito &por e+emplo una solución conductiva'.
El ataque galv$nico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones dependiendo de las condiciones. "a corrosión galv$nica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión. Esta forma de corrosión es la que producen las -eldas 8alv$nicas. %ucede que cuando la reacción de oxidación del $nodo se va produciendo se van desprendiendo electrones de la superficie del metal que acta como el polo negativo de la pila &el $nodo' ! así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas m$s simples. =uiz$ la problem$tica ma!or sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante comn se presente en variadas formas ! mu! seguido. *or e+emplo la corrosión de tuberías subterr$neas se puede producir por la formación de una pila galv$nica en la cual una torre de alta tensión interacta con grafito solidificado ! soterrado con un terreno que acte de alguna forma como solución conductiva.
1etales "íquidos: "a corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales en presencia de ciertos metales líquidos como el >inc 1ercurio -admio etc. E+emplos del ataque por metal líquido inclu!en a las #isoluciones =uímicas 9leaciones 1etal)a)1etal &por e+. el amalgamamiento' ! otras formas. 9ltas Temperaturas: 9lgunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de mu! altas temperaturas pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como Empaamiento Escamamiento o -orrosión por 9ltas Temperaturas. 8eneralmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura. 9cta de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante se forma una pequea capa sobre el metal producto de la combinación entre el metal ! el gas en esas condiciones de temperatura. Esta capa o ?empaamiento@ acta como un electrolito ?sólido@ el que permite que se produzca la corrosión de la pieza met$lica mediante el movimiento iónico en la superficie. 9lgunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes: •
•
9lta estabilidad termodin$mica para generar en lo posible otros productos para reacciones distintas. Aa+a *resión de Bapor de forma tal que los productos generados sean sólidos ! no gases que se mezclen con el ambiente.
"a corrosión por 9ltas Temperaturas puede incluir otros tipos de corrosión como la Oxidación la %ulfatación la -arburización los Efectos del
-orrosión por Disuras o ?-revice@: "a corrosión por creice o por fisuras es la que se produce en pequeas cavidades o huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la primera o m$s comnmente con un elemento no) met$lico. En las fisuras de ambos metales que también pueden ser espacios en la forma del ob+eto se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. %e dice en estos casos que es una corrosión con $nodo estancado !a que esa solución a menos que sea removida nunca podr$ salir de la fisura. 9dem$s esta cavidad se puede generar de forma natural producto de la interacción iónica entre las partes que constitu!en la pieza.
9lgunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes:
•
rediseo del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras. cerrar las fisuras con materiales no)absorventes o incorporar una barrera para prevenir la humedad.
•
prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.
•
-orrosión por *icadura o ?*itting@: Es altamente localizada se produce en zonas de ba+a corrosión generalizada ! el proceso &reacción' anódico produce unas pequeas ?picaduras@ en el cuerpo que afectan. *uede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un $nodo pequeo ! un c$todo mucho ma!or. Esta clase de corrosión posee algunas otras formas derivadas: •
-orrosión por Dricción o Dretting : es la que se produce por el movimiento relativamente pequeo &como una vibración' de sustancias en contacto de las que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie del metal las que son ocultadas por los productos de la corrosión ! sólo son visibles cuando ésta es removida.
•
•
-orrosión por -avitación: es la producida por la formación ! colapso de burbu+as en la superficie del metal &en contacto con un líquido'. Es un fenómeno seme+ante al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. 8enera una serie de picaduras en forma de panal. -orrosión %electiva: es seme+ante a la llamada -orrosión por #escincado en donde piezas de cinc se corroen ! de+an una capa similar a la aleación primitiva. En este caso es selectiva porque acta sólo sobre metales nobles como al *lata)-obre o -obre)Oro. =uiz$ la parte m$s nociva de esta clase de ataques est$ en que la corrosión del metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras ! hace parecer al metal corroído como si no lo estuviera por lo que es mu! f$cil que se produzcan daos en el metal al someterlo a una fuerza mec$nica.
-orrosión 1icrobiológica &1;-':Es aquella corrosión en la cual organismos biológicos son la causa nica de la falla o actan como aceleradores del proceso corrosivo localizado. "a 1;- se produce generalmente en medios acuosos en donde los metales est$n sumergidos o flotantes. *or lo mismo es una clase comn de corrosión. "os organismos biológicos presentes en el agua actan en la superficie del metal acelerando el transporte del oxígeno a la superficie del metal acelerando o produciendo en su defecto el proceso de la corrosión "a -orrosión en la ;ndustria ! sus *rocesos. :-omo se mencionó en un principio la ma!or problem$tica de la corrosión es la destrucción del metal al que afecta. 9hora intentaremos ver un enfoque desde la industria el sector m$s afectado por la corrosión a cerca de los ataques que este proceso causa. *odemos hablar desde fracturas hasta fugas en tanques disminución de la resistencia mec$nica de las piezas ! muchas otras maneras de efectos por los ataques. 9n así lo peor de todo es que si no son prevenidas estas clases de ataques por corrosión la seguridad de las personas es algo que se ve permanentemente afectado. Existen dos clases de pérdidas desde el punto de vista económico. •
•
#;/E-T9%: las pérdidas directas son las que afectan de manera inmediata cuando se produce el ataque. Estas se pueden clasificar en varios tipos también de las cuales las m$s importantes son el -oste de las /eparaciones las %ustituciones de los Equipos #eteriorados ! -ostes por 1edidas *reventivas. ;6#;/E-T9%: se consideran todas las derivadas de los fallos debidos a los ataques de corrosión. "as principales son la #etención de la *roducción debida a las Dallas ! las /esponsabilidades por *osibles 9ccidentes.
!rotección contra la corrosión Elección del material
"a primera idea es escoger todo un material que no se corroa en el ambiente considerado. %e pueden utilizar aceros inoxidables aluminios cer$micas polímeros &pl$sticos' D/* etc. "a elección también debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicación &masa de la pieza resistencia a la deformación al calor capacidad de conducir la electricidad etc.'. -abe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables2 hasta el aluminio se puede corroer. En la concepción ha! que evitar las zonas de confinamiento los contactos entre materiales diferentes ! las heterogeneidades en general.
-uando se traba+a en ambiente cerrado &por e+emplo un circuito cerrado de agua' se pueden dominar los par$metros que influ!en en la corrosión2 composición química &particularmente la acidez' temperatura presión... %e puede v.g. agregar productos llamados ,inhibidores de corrosión,. 7n inhibidor de corrosión es una sustancia que aadida a un determinado medio reduce de manera significativa la velocidad de corrosión. "as sustancias utilizadas dependen tanto del metal a proteger como del medio ! un inhibidor que funciona bien en un determinado sistema puede incluso acelerar la corrosión en otro sistema. %in embargo este tipo de solución es inaplicable cuando se traba+a en medio abierto &atmósfera mar cuenca en contacto con el medio natural circuito abierto etc.' In#i"idores de la corrosión
"os inhibidores de corrosión son productos que actan !a sea formando películas sobre la superficie met$lica tales como los molibdatos fosfatos o etanolaminas o bien entregando sus electrones al medio. *or lo general los inhibidores de este tipo son azoles modificados que actan sinérgicamente con otros inhibidores tales como nitritos fosfatos ! silicatos. "a química de los inhibidores no est$ del todo desarrollada an. %u uso es en el campo de los sistemas de enfriamiento o disipadores de calor tales como los radiadores torres de enfriamiento calderas ! ,chillers,. El uso de las etanolaminas es típico en los algunos combustibles para proteger los sistemas de contención &como tuberías ! tanques'.F adem$s la inhalación es mala para los pulmones %e han realizado muchos traba+os acerca de inhibidores de corrosión como alternativas viables para reducir la velocidad de la corrosión en la industria. Extensos estudios sobre ;- ! sobre factores que gobiernan su eficiencia se han realizado durante los ltimos G aos. "os cuales van desde los m$s simples que fueron
a prueba ! error ! hasta los m$s modernos los cuales proponen la selección del inhibidor por medio de c$lculos teóricos.
O$idación "a oxidación es una reacción química mu! poderosa donde un compuesto cede electrones ! por lo tanto aumenta su estado de oxidación.HI %e debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones. %uponer esto )que es un error comn) implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico producto de la transferencia de electrones. *or e+emplo en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases dihidrógeno ! dicloruro se da un proceso redox ! sin embargo se forma un compuesto covalente. Estas dos reacciones siempre se dan +untas es decir cuando una sustancia se oxida siempre es por la acción de otra que se reduce. 7na cede electrones ! la otra los acepta. *or esta razón se prefiere el término general de reacciones redox. "a propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el me+or oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva &por su doble enlace' ! sin embargo es mu! electronegativo casi como el flor. "a sustancia m$s oxidante que existe es el catión JrDK porque f$cilmente forma Jr ! DK. Entre otras existen el permanganato de potasio &J1nOL' el óxido de cromo &B;;' &-r OM' el agua oxigenada &<O' el $cido nítrico &<6ON' los hipohalitos ! los halatos &por e+emplo el hipoclorito sódico &6a-lO' mu! oxidante en medio alcalino ! el bromato pot$sico &JArON''. El ozono &ON' es un oxidante mu! enérgico: Ar K ON P ArON El nombre de ,oxidación, proviene de que en la ma!oría de estas reacciones la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de $tomos de oxígeno &cesión de electrones' o viceversa. %in embargo la oxidación ! la reducción puede darse sin que ha!a intercambio de oxígeno de por medio por e+emplo la oxidación de !oduro de sodio a !odo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio: 6a; K -l P ; K 6a-l Esta puede desglosarse en sus dos semirreacciones correspondientes:
• •
; P ; K e -l K e P -l
Otros tipos de Deterioro de los materiales El deterioro de los materiales se puede dar por las siguientes causas: Oxidación corrosión desgaste ! erosión materiales sometidos a esfuerzos.
%e denomina erosión al proceso de sustracción o desgaste del relieve del suelo intacto &roca madre' por acción de procesos geológicos exógenos como las corrientes superficiales de agua o hielo glaciar el viento o la acción de los seres vivos. "a erosión se refiere al transporte de granos ! no a la disgregación de las rocas. El material erosionado puede estar conformado por: •
•
fragmentos de rocas creados por abrasión mec$nica por la propia acción del viento aguas superficiales glaciares ! expansión)contracción térmica por variaciones estacionales diurnas o clim$ticas2 suelos los cuales son creados por la descomposición química de las rocas mediante la acción combinada de $cidos débiles disueltos en agua superficial ! meteórica hidrólisis $cidos org$nicos bacterias acción de plantas etc.
"a erosión es uno de los principales actores del ciclo geogr$fico. En ciencia material desgaste es la erosión del material de a sólido superficie por la acción de otro sólido. El estudio de los procesos del desgaste es parte de la disciplina de tribolog!.
%i"lio&ra'(a •
• • • •
http:CC!lang!lang.uninorte.edu.coCOb+etosC;ngenieriaC-onceptos-orrosionCimgsCDO /19%QRG1E-96;%1O%Q#EQ-O//O%;O6.htm http:CCSSS.fisicanet.com.arCquimicaCcorrosionCapGNQcorrosion.php http:CCSSS.textoscientificos.comCquimicaCcorrosionCtipos http:CCSSS.textoscientificos.comCquimicaCcorrosionCproteccion /O69"# 9%JE"96# Ciencia e Ingenieria de los Materiales Nra Edition ;nternational Thomson Editors 4U
