CAPITULO 6. PROTECCION CONTRA LA CORROSION. 6.1 GENERALIDADES. Los principales factores que se deben considerar en el estudio de las protecciones contra la oxidación y corrosión son los siguientes: a. CLASE Y ESTADO DEL MATERIAL: Evidentemente hay que tener en cuenta, en primer lugar, la clase de metal y el estado en que se encuentra. b. MEDIO EN QUE SE ENCUENTRA: El ataque al material partirá del medio en que se encuentra, este determinará la clase de corrosión que se puede producir y los medios de evitarla. c. CLASE DE CONTACTO ENTRE MATERIAL Y MEDIO: El contacto entre el metal y el medio en que se encuentra queda definido por la forma de la pieza, estado de la superficie, condiciones de inmersión, etc. Sobre la elección del procedimiento más adecuado para cada caso no se pueden dar normas generales. Cada problema debe ser estudiado como un caso particular. 6.2 PROTECCION CATODICA. La protección catódica es el único medio que asegura la inmunidad casi completa del metal contra la corrosión. Con la protección catódica se neutraliza cualquier corriente que circula por una estructura y que origina corrosión. Ello se consigue con la polarización del cátodo por medio de una corriente externa (parte C-A), llevando el potencial de corrosión Ecorr. al potencial del ánodo a circuito abierto Ea. Estarán al mismo potencial y no habrá más corrosión en el ánodo(Figura 6.1).
E Ec
C
Ecorr
Ea
I aplicada
I corr
A
I
Figura 6.1. Fundamento de la protección catódica 1
La protección catódica se logra suministrando electrones al metal o estructura con el fin de invertir la reacción anódica y acelerar la reacción catódica (polarización catódica). La protección catódica se ha empleado cada vez más en enfriadores de agua en recipientes abiertos, en tanques de agua, en condensadores, en cascos de embarcaciones, en tuberías subterráneas, y en estructuras subterráneas. 6.2.1 PROYECTO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICA El procedimiento a seguir es el siguiente: 6.2.1.1 ESTUDIO PREVIO Se efectua un reconocimiento del estado de la superficie de la estructura, midiendo al mismo tiempo los potenciales naturales respecto al medio, con referencia a un electrodo impolarizable, por ejemplo de cobre-sulfato de cobre. Son potenciales naturales los que adquiere la estructura al ser sumergida en el medio corrosivo (electrólito), excento de campos perturbadores. 6.2.1.2 SELECCIÓN DE SISTEMA DE PROTECCION ADECUADO La corriente externa puede ser suministrada por una fuente de corriente continua, generalmente mediante una unidad rectificadora, o por acción galvánica con la utilización de ánodos solubles de magnesio, aluminio o Zinc, o por el sistema mixto de ánodos y rectificadores. A. SISTEMAS DE PROTECCION POR ANODOS GALVANICOS Los ánodos galvánicos son aplicables y efectivos donde los requerimientos de corrientes, son bajos, donde la estructura a proteger se encuentre bién revestida y donde existe baja o media resistividad del medio circundante.
Tuberia
Backfill
Suelo
Anodo Figura 6.2. Sistema de protección por ánodos galvánicos. Las ventajas del sistema de protección por ánodos galvánicos son las siguientes: No es necesario el suministro de energía externa. 2
Los costos de instalación y mantenimiento son bajos Rara vez causan problemas de interferencia a otras estructuras. Mejor distribución de la corriente de protección.
Las desventajas principales de este sistema de protección catódica son: La densidad de corriente suministrada a la estructura está limitado por la diferencia de potencial bastante baja, entre los ánodos y la estructura Limitaciones con la resistividad del electrólito (menor a 6000 ohm-cm) Para estructuras desnudas o pobremente recubiertas es alto el costo de la protección, fundamentalmente en aquellas de grandes dimensiones. Los ánodos galvánicos deberán satisfacer ciertas exigencias: que sea bueno el rendimiento teórico en corriente respecto a los pesos consumidos, que el suministro de corriente no disminuya con el tiempo, y que el rendimiento práctico, también en corriente, no sea muy inferior al teórico. El rendimiento teórico del aluminio que es de 2.980 A-hora/kg es más elevado que el del magnesio de 2.180 A-hora/kg y que el del Zinc de 820 A-hora/kg. Desde este punto de vista sería el aluminio el más adecuado, pero pronto se recubre de una capa de óxido que limita el suministro de corriente. ANODOS DE MAGNESIO: Instalaciones enterradas o sumergidas en aguas dulces (suelos de resistividad hasta de 3000 Ohm-cm) ANODOS DE ZINC: Instalaciones enterradas o inmersas (Suelos de resistividad hasta de 1000 Ohm-cm) ANODOS DE ALUMINIO: Instalaciones inmersas, principalmente de instalaciones marítimas como plataformas petroleras TABLA 6.1 Relacion resistividad del medio con la corrosividad RESISTIVIDAD DE L ELECTROLITO Ohm-cm Menos de 900 900 – 2300 2300 – 5000 5000 – 10000 Mas de 10000
CARACTERISTICAS DE CORROSIVIDAD Muy corrosivo Corrosivo Moderadamente corrosivo Medianamente corrosivo Poco corrosivo
TABLA 6.2. Propiedades de los principales ánodos galvánicos
ANODOS Zinc Magnesio Aluminio
CAPACIDAD DE CORRIENTE (A.h/Kg) 740 1100 2200/2844
POTENCIAL EN VOLTIOS (Cu/CuSO4) EFICIENCIA (%) -1.10 90/95 -1.60 50/60 -1.10 75/95
B. SISTEMAS DE PROTECCION POR CORRIENTE IMPRESA. 3
Este tipo de protección se puede definir como la introducción de una fuente de corriente continua dentro de la celda de corrosión para producir un flujo de corriente en oposición a la corriente de corrosión. En este método el flujo de corriente requerido se origina en una fuente de corriente generadora continua regulable o simplemente se hace uso de rectificadores que alimentados por corriente alterna ofrecen una corriente eléctrica continua apta para la protección de la estructura. La dispersión de la corriente eléctrica en el electrólito se efectúa mediante la ayuda de ánodos inertes cuyas características y aplicación dependen del electrólito. La unidad rectificadora está constituida por transformadores y celdas rectificadoras. Se alimentan mediante corriente alterna (220/360 volt, 50Hz) y poseen dos robustos bornes de salida que permiten las conexiones de las mismas con la estructura a proteger (borne negativo) y con el electrodo auxiliar (borne positivo), denominado comúnmente ground-bed o dispersor superficial. Las ventajas del sistema de protección por corriente impresa son las siguientes: Posibilidad de suministrar mayores cantidades de corriente a las estructuras. Posibilidad de controlar las cantidades de corriente suministradas Posibilidad de ser aplicados en cualquier electrolito (elevada resistividad) Posibilidad de ser aplicado, con eficacia, para la protección de estructuras viejas o pobremente revestidas Posibilidad de ser aplicado, con economía, para la protección de instalaciones metálicas de gran tamaño Las desventajas principales de este sistema de protección catódica son: La necesidad de mantenimiento periódico. Posibilidad de generar problemas de interferencia con otras estructuras metálicas enterradas en las proximidades Los costos de mantenimiento e instalación son altos. Requieren de alimentación de corriente eléctrica externa.
Rectificador
+
Tuberia
Backfill
Suelo
Anodo
Figura 6.3. Sistema de protección por corriente impresa. 4
6.2 DISEÑO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICA. 6.2.2.1 POR ANODOS GALVANICOS. Después de realizado el estudio sobre factibilidad, se procede al diseño del sistema de protección catódica: a.Determinar la superficie metálica a proteger. Es importante tener en cuenta que el área a proteger por medio del sistema es la que se encuentra en contacto directo con el electrólito. Para tuberías enterradas: A % L D
Donde
(6.1)
A = área a proteger. % = porcentaje de protección. L = longitud de la tubería. D = diámetro externo.
Para tanques de lavado de petroleo:
A % A f Al Ab
Donde
Af = área de fondo del tanque. Al = área lateral. Ab = área de los bafles. Af
D2 4
Al D H ca A b L b 1 L b 2 L b 3 L b 4 H ca
Donde
(6.2)
(6.3) (6.4) (6.5)
L = longitud o altura de los bafles b = ancho de los bafles Hca = altura del colchón de agua
b. Determinar la densidad de corriente necesaria para la protección La densidad se encuentra tabulada de acuerdo a los medios, los materiales de la estructura y la experiencia, o se puede calcular mediante formulas empíricas. i 73,73 13,35 log
Donde
(6.6)
i = densidad de corriente (mA/m2) = resistividad del electrolito (ohm-cm)
Según la NACE, se tiene la siguiente recomendación: 5
Estructuras sin recubrir: Estructuras con recubrimiento en estado regular: Estructuras con recubrimiento óptimo:
3 mA/pie2 0.1 mA/pie2 10-4 mA/pie2
c. Determinar la corriente total de protección. It Ai
Donde
(6.7)
It = corriente total de protección. A = área a proteger. i = densidad de corriente.
d. Seleccionar el material anódico y determinar del número de ánodos. Esta selección debe estar relacionada con la densidad de corriente de protección y la cantidad de material necesario se determina mediante la siguiente relación M
Donde
8760 V I CF
(6.8)
M = masa de ánodos necesaria, Kg V = vida útil, años C = capacidad de corriente del ánodo, Ah/kg F = factor de utilización (0.5 – 0.85)
Una vez seleccionado el material de los ánodos se procede a calcular el número y distribución de los mismos: M Na ma (6.9) Donde
Na = número de ánodos. It = corriente total requerida. Ia = corriente de salida de cada ánodo. L Na E = espaciamiento entre ánodos. L = longitud de la tubería a proteger. E
Donde
(6.10)
6.2.2.2 POR CORRIENTE IMPRESA. El procedimiento para el diseño de un sistema de protección catódica por corriente impresa es similar al de anodos galvánicos en todas sus etapas: Adicionalmente: a. Se calcula la resistencia total Rt Rv Ri R1 Ras
(6.11) 6
Rv = Resistencia de los ánodos en posición vertical Ri = Resistencia interna entre ánodo y backfill R1 = Resistencia del cable primario ánodo-rectificador Ras = Resistencia entre ánodos La resistencia de los ánodos en posición vertical se calculan mediante la siguiente ecuación Rv
2L 8L ln 1 ln (0.656 N a ) 2 Na L D E
(6.12)
La resistencia interna entre ánodo y backfill se calcula mediante
Ri
Rb Ra Na
(6.13)
Ra = Resistencia del ánodo Rb = Resistencia del backfill La resistencia del ánodo se calcula mediante la siguiente ecuación Ra
a 8 L ln 1 2 L D
(6.14)
La resistencia del backfill se calcula mediante la siguiente ecuación
Rb
b 8 Lb 1 ln 2 Lb Db
(6.15)
La resistencia del primario rectificador se determina por la ecuación R1 Lc Rc 0.1 Lc Rc
(6.16)
La resistencia entre ánodos se determina por la siguiente ecuación Ras E ( N a 1) Rc 0.1 E ( N a 1) Rc
(6.17)
b. Se determina el voltaje requerido Voltaje requerido I Rt
(6.18)
c. Se determina el amperaje necesario Amperaje 1.25 I
(6.19)
d. Se determina el rectificador de corriente necesario para el sistema de protección TABLA 6.3. Anodos inertes para sistemas de corriente impresa 7
ANODO Grafito Hierro/Silicio (Fe-Si) Hierro/Silicio/Cromo (Fe-Si-Cr) Plomo/antimonio/Plata(Pb-Sb-Ag) Titanio platinizado (Ti-Pt) Nibio platinizado (Nb-Pt) Tantalo platinizado (Ta-Pt) Titanio oxidado Magnetita (Fe3O4) Ferrita (0,4 MO. 0,6 Fe203) Ferrita (0,1 MO. 0,9 Fe203)
DENSIDAD DE CORRIENTE (A/m2) Hasta 3 Hasta 15 Hasta 15 50/100 Hasta 1000 Hasta 700 Hasta 1100 Hasta 1100 Hasta 115 Hasta 115 Hasta 115
DESGASTE MEDIO (Kg/A.Año) 0.20 0.35 0.35 (2) 0.10 Despreciable Despreciable Despreciable Despreciable 0.04 0.0004 (3) 0.0004 (3)
6.2.1.4 INSTALACION Y PRUEBAS DEL SISTEMA Una vez efectuado el estudio previo de protección catódica y comprobada la necesidad de instalar ánodos galvánicos, se procede como sigue: A una distancia de 2 a 3 m del eje de la estructura, se realiza una perforación en el terreno de 2 m de profundidad y 0.25 m de diámetro aproximadamente. Excavado el pozo, se introduce el ánodo, que está constituido por la pieza metálica de consumación rodeada por una material denominado back-fill. El anodo está contenido en una bolsa de liencillo. 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. Entonces los rellenos se utilizan para aumentar la eficiencia del ánodo y para eliminar el efecto de la composición de algunos suelos. Se sabe que los fosfatos, los carbonatos y los bicarbonatos pasivan los ánodos de Zinc, y los carbonatos y bicarbonatos pasivan el magnesio, también se sabe que los cloruros atacan el magnesio y reducen su eficiencia. El relleno aisla el contacto directo del ánodo con estas sustancias y además conservan la humedad ambiente, disminuyendo su resistividad. Luego de introducir la bolsa, se rellena el pozo con suelo seleccionado de buena conductividad, carente de piedras. Se destaca que se pondrá especial cuidado en que la cabeza del ánodo (o de la bolsa) quede a la profundidad del eje de la estructura. El ánodo podrá conectarse directamente a la estructura o indirectamente por medio de bornes, de 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. Para los sistemas de protección catódica por corriente impresa, una vez determinado el sitio de la instalación de la protección catódica dentro de las posibilidades prácticas (lugar con suministro de energía eléctrica, espacio para ubicar los electrodos, etc.) se procede a efectuar las excavaciones destinadas a albergar los electrodos de corriente impresa. Estas excavaciones se realizarán dentro de lo posible en dirección paralela a la estructura a proteger, a no menos de 30 metros de la misma, separando los pozos entre 6 m aproximadamente. Previo a la realización de los trabajos, es necesario estimar la potencia nominal de salida del rectificador y el número de electrodos a instalar. Para ello, deberán efectuarse ensayos de necesidades de corriente para obtener en toda la estructura a proteger el potencial mínimo de inmunidad adecuado al metal de que se trate. Efectuados estos ensayos, mediante instalaciones provisionales similares a las definitivas (por ejemplo: utilizando un generador de corriente continua y ballestas), quedan determinados los amperes de protección necesarios y consecuentemente, la potencia nominal de salida el rectificador. 8
6.3 RECUBRIMIENTOS METALICOS. Uno de los procedimientos más empleados contra la oxidación y la corrosión es el recubrir la superficie que se desea proteger con una capa o película de metal autoprotector lo más compacta y adherente posible. La elección del metal empleado en el recubrimiento se hace de acuerdo con el metal que se ha de proteger, el tipo de elemento y el espesor que se proyecta dar a la capa protectora. Cualquiera que sea el recubrimiento, debe desengrasarse previamente la pieza con un disolvente apropiado. Después se elimina el orin y cascarilla de la superficie del metal sometiéndolo a un decapado. Los recubrimientos metálicos pueden aplicarse por varios procedimientos: Por electrólisis, por inmersión en el baño del metal protector fundido, por metalización, por cementación y por chapado. 6.3.1 PREPARACION DE LAS SUPERFICIES. Previamente a todo tratamiento es imprescindible proceder a lo que se denomina preparación de la superficie, que tiene como fin eliminar toda presencia física o química sobre la superficie a tratar: a. PULIDO. Este pulido puede ser: desbastado o esmerilado y pulido. Es importante y en muchos casos decisivo no considerar suficientemente acabadas las superficies procedentes directamente del torno o de la rectificadora y es necesario preveer otro tratamiento final para alcanzar una finura, y de ser posible llegar a una rugosidad no superior a un micrón. b. DECAPADO. Con el fin de eliminar los productos de transformación de superficies (óxidos, cascarilla, etc.), se suele realizar el decapado mediante ácidos más o menos diluídos (principalmente clorhídrico y sulfúrico, y menos frecuentemente nítrico, fluorhídrico o fosfórico) llevando algún producto orgánico que actúa como inhibidor del ataque del metal base cuando la suciedad haya sido separada ya de su superficie. C. DESENGRASE. Se aplica con el fin de eliminar aceite o grasa de las superficies, sea como consecuencia de algún tratamiento térmico o mecánico, sea como consecuencia del pulido o decapado o como consecuencia de la manipulación por parte de los operarios. Suele constituir la operación final de las operaciones preparatorias, aunque en algunos casos suele ser anterior al decapado. 6.3.2 RECUBRIMIENTOS METALICOS POR ELECTROLISIS. Si en un baño electrolítico se introducen dos láminas de metal, una conectada al polo positivo y la otra al polo negativo de una bateria, la lámina conectada al polo positivo (ánodo) tendrá carga eléctrica positiva y la conectada al polo negativo (cátodo) tendrá carga negativa. Al atravezar la corriente este baño, este se descompone dando lugar a la formación de iones positivos y negativos. Los iones negativos son atraídos por la lámina positiva (ánodo), pues de este 9
modo se neutralizará su carga. Lo mismo sucede con los iones positivos, que son atraídos por la lámina negativa (cátodo). El principio fundamental de la electrólisis es la conocida Ley de Faraday, la cual puede ser expresada mediante el siguiente enunciado: La cantidad de cualquier elemento (radical o grupo de elementos) liberada ya sea en el cátodo o en el ánodo durante la electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que atravieza la solución. Partiendo de la ley de Faraday, se puede obtener la ecuación que permite determinar el espesor aproximado de las películas depositadas.
e
Donde
T E I Re 100 p A
(6.20)
e = espesor de la película, en mm. T = tiempo de exposición, en horas. E = equivalente electroquímico. I = Intensidad de corriente, en amperios. Re= rendimiento electrolítico (en %). p = peso específico del metal depositado. A = área a recubrir, en dm3.
TABLA 6.4. Rendimientos electrolíticos de los baños más comúnes. Rendimiento (%) Tipo de baño Cromado brillante Cadmiado Cobreado cianurado Cobreado ácido Latonado Niquelado Plateado Zincado cianurado Zincado ácido Estañado alcalino
8 – 12 85 - 95 60 - 80 96 - 100 70 - 85 95 - 100 95 - 100 75 - 95 95 - 100 85 - 95
Al efectuar un depósito electrolítico, el metal se deposita en forma cristalina sobre el cátodo, dependiendo en última instancia las propiedades del mismo, de la estructura adquirida. Los dos métodos mediante los cuales se puede cambiar la estructura de los depósitos son: I. Alterando las condiciones del proceso: a. DENSIDAD DE CORRIENTE. Dentro de ciertos límites, un aumento de densidad de corriente lleva consigo la disminución del tamaño de los cristales, obteniendose recubrimientos de grano fino. b. GRADO DE AGITACION. La agitación favorece la difusión de los iones metálicos, dando lugar a depósitos uniformes. 10
c. TEMPERATURA. Un aumento de la temperatura del electrólito se traduce en una más fácil difusión y esto permite la utilización de densidades de corrientes mayores. Temperaturas muy elevadas aumentan el tamaño de los cristales. II. Alterando la composición del baño: a. CONCENTRACION DE IONES METALICOS. En general, la solución debe poseer pocos iones a depositar y muchas moléculas no disociadas dispuestas a disociarse rápidamente, liberando de esta manera iones metálicos que sustituirán a los que desaparecen de la película líquida catódica durante la electrólisis. Cuanto más pequeña sea la concentración de los iones metálicos, dentro de ciertos límites naturalmente, tanto más fino será el grano del depósito (ya que aumentará la polarización catódica) y además más uniforme (ya que aumentará la difusión). b. CONCENTRACION DE IONES HIDROGENO (PH). El electrólito debe contener suficientes iones H+ para evitar la formación de hidratos y sales básicas poco solubles (que darían lugar a depósitos esponjosos) y, al mismo tiempo, no debe contener tantos que haga posible su descarga en el cátodo. c. CONCENTRACION DE AGENTES DE ADICION. Los agentes de adición son todos aquellos compuestos de naturaleza química diversa que, añadidos al baño en cantidades pequeñas, son capaces de modificar la textura cristalina del depósito, dejándolo más fina y regular. 6.3.3 RECUBRIMIENTOS METALICOS POR INMERSION. Consiste en sumergir las piezas que se desea proteger, durante breve tiempo, en un baño de metal protector fundido. A la salida del baño se somete a la pieza a una especie de enjuagado que disminuye y uniformiza el espesor de la capa del metal adherido. Los recubrimientos de este tipo más utilizados son el galvanizado y el estañado. 6.3.3.1 GALVANIZADO. Es el recubrimiento del hierro y el acero con el Zinc, por inmersión en un baño de Zinc fundido, a una temperatura aproximada de 450o. El hierro es catódico respecto al Zinc; por lo tanto, quedará protegido aunque se produzca un poro o fisura en la capa protectora, pero a costa del Zinc. El galvanizado es el resultado de un proceso físico-químico que consigue una verdadera unión entre el hierro base y el Zinc, consiguiendo de este modo que el material ferroso adquiera unas propiedades superficiales equivalentes a las del Zinc, lo que implica una mejor resistencia a determinados medios corrosivos con las características del material base. La protección del hierro contra la oxidación mediante el galvanizado, se consigue por la conjunción de dos factores: el aislamiento del hierro mediante la película de Zinc y la protección galvánica a expensas de la misma. La resistencia a la corrosión depende del espesor de la capa. Los valores normales para el acero oscilan entre 40 y 80 micras, siendo algo superior cuando el material base es una fundición. El proceso completo de galvanización comprende las siguientes fases: 1. Preparación de la superficie. 2. Galvanización propiamente dicha. 11
3. Acabado superficial. 6.3.3.2 ESTAÑADO Es el recubrimiento del hierro y el acero con el Estaño, por inmersión en un baño de Estaño fundido. El hierro es anódico respecto al estaño; por lo tanto, el recubrimiento debe ser completo para que la protección sea la adecuada, en este caso no se admiten ni poros o fisuras en la capa protectora. Las láminas de acero recubiertas se denominan hojalata y se utilizan para la fabricación de botes para conservas, jugos y colas. 6.3.4. RECUBRIMIENTOS APLICADOS POR METALIZACION. La metalización consiste en la proyección de partículas en estado plástico o fundido, sobre una pieza, por medio de una pistola metalizadora. Las aplicaciones de la metalización son las siguientes: 1. Recargues de ejes o piezas desgastadas. 2. Reparación de defectos en piezas fundidas. 3. Protección de piezas contra el desgaste con la aportación de metales duros. 4. Protección de piezas contra la corrosión atmosférica o de los ácidos. 5. Mejora del acabado de piezas por aplicación de níquel, cromo, etc. El metalizado mejora las propiedades del metal base. Los espesores del metalizado abarcan una gama muy amplia, pudiendo hacer recargues desde 0.1 mm hasta 20 mm de espesor. La metalización de una pieza comprende tres clases de operaciones fundamentales: a. Las operaciones preparatorias. b. La metalización propiamente dicha. c. Las operaciones de acabado. 6.3.4.1 OPERACIONES PREPARATORIAS. Antes de proyectar un metal sobre una superficie debe someterse ésta a una preparación previa, para obtener una buena adhesión del metal proyectado sobre el metal base. Esta preparación depende de: 1. Del espesor del recargue que se desed obtener. 2. De la naturaleza del metal proyectado. 3. De la forma de la pieza. 4. De la adhesión que se desea. 5. Del precio de costo que se ha fijado como límite. Las preparaciones más utilizadas son: a. PREPARACION POR CHORRO DE ARENA. El chorro de arena proyectado por aire comprimido se emplea para limpiar la superficie de la pieza y para la creación de rugosidades que favorecen la adherencia del metal proyectado. b. PREPARACION MECANICA. 12
La preparación de las piezas en máquinas herramientas tiene como finalidad rebajar las dimensiones de la pieza para dejar espesor suficiente para el depósito de metalizado y dar a la superficie una preparación especial que aumente la adherencia del metalizado sobre la pieza. La preparación especial mecánica más empleada para mejorar la adherencia es el fileteado en el torno. Para mejorar sus condiciones de adherencia los fileteados tanto triángulares como los fileteados de sección cuadrada suelen moletearse, teniendo el cuidado de no aplastar demasiado los filetes.
Figura 6.4. Fileteado triangular: A. Herramienta utilizada para mecanizar; B. Sección fileteada; C. Fileteado después de ser moleteado
Figura 6.5. Fileteado cuadrado: A. Herramienta utilizada para mecanizar; B. Sección fileteada; C. Fileteado después de ser moleteado
c. PREPARACION ELECTRICA. La preparación eléctrica consiste en soldar sobre las superficies del metal base pequeñas aportaciones, de naturaleza esponjosa, de un metal poco oxidable, como níquel o acero al molibdeno. El aparato utilizado es similar a uno de soldadura eléctrica, es decir, es un transformador que reduce la tensión de la red de 7 a 12 voltios, obteniéndose descargas de intensidad de 400 a 500 A. El portaelectrodo lleva una boquilla para salida de aire que pulveriza la pequeña porción de electrodo que se funde al saltar el arco entre él y el metal base. Así se consigue que el metal soldado resulte esponjoso, lo que favorece mucho la adherencia del metal aportado posteriormente al metalizar. Esta preparación se aplica a toda superficie metálica de cualquier forma, siempre que el recargue sea de un espesor superior a 1 mm, pues en los espesores más finos se notan las aristas de los puntos de la preparación que tienen una altura de 0.1 a 0.5 mm.
d. PREPARACION POR PREMETALIZACION. 13
Si los recargues que se han de efectuar son de espesores inferiores a 1 mm, se obtiene una adherencia suficiente para la mayoria de los trabajos, metalizando la pieza con molibdeno después de la preparación del chorro de arena. El molibdeno se proyecta con la pistola de metalizar, como cualquier otro metal. Las capas empleadas normalmente son de 0.02 a 0.03 mm de espesor, lo que supone un consumo de 3 a 5 gr. por cm2. Es muy corriente realizar metalizados totalmente con molibdeno, hasta espesores de 0.2 mm. El molibdeno no se adhiere bien sobre metales cuprosos o aleaciones que contengan más del 20 % de cromo. 6.3.4.2 METALIZACION PROPIAMENTE DICHA. Para realizar la metalización es necesario colocar las piezas en un soporte adecuado, y disponer de una pistola metalizadora, con suministro de acetileno, oxígeno y aire. Una pistola metalizadora de tipo oxiacetilénica está compuesta de un soplete, éste es similar en su funcionamiento al de soldadura autógena, y tiene por objeto fundir el alambre de metal (1.5 a 3 mm) que se va a proyectar. La pistola tiene una boquilla de aire comprimido, utilizada para pulverizar el metal fundido por el soplete y proyectarlo sobre la pieza; un mecanismo de avance del alambre del metal que se proyecta, que generalmente, consiste en una pequeña turbina de aire, cuya velocidad es regulable; y, por fin, está provista la pistola metalizadora de válvulas de regulación del paso del aire comprimido, del oxígeno, del acetileno y de la velocidad de avance del alambre. Para los trabajos corrientes de metalización es suficiente el caudal que suministra una botella de acetileno y otra de oxígeno. Una pistola de metalización corriente exige un caudal de 45 m3/hora de aire comprimido de 4 a 4.5 Kg por cm2.
Figura 6.6.
Fases del proceso de metalización de un eje desgastado
De acuerdo con las instrucciones facilitadas por el constructor, se regulan las presiones del aire, del oxígeno y del acetileno, con las válvulas abiertas de la pistola. Se regula también la velocidad lineal de avance del alambre, que varía de 1.60 a 1.80 metros por minuto.
14
La mayoría de los recargues se hacen en piezas en rotación. Para estos casos resulta cómodo y mejora la uniformidad de la metalización, acoplar la pistola al carro de un torno. Si no se consigue depositar el espesor deseado en una sola pasada con una o varias pistolas, es preciso dar pasadas sucesivas, pero suficientemente rápidas, para evitar la oxidación y el enfriamiento de la pasada anterior. Si esta condición no se cumple, se corre el riesgo de que la adherencia entre dos pasadas sucesivas no sea buena. Para obtener despues del mecanizado una superficie perfectamente sana y uniforme, el espesor del metal aportado debe ser, por lo menos superior en 0.5 mm. al de la cota definitiva. El chorro de metalizado debe proyectarse perpendicularmente a las superficies, no pudiendo en todo caso ser este ángulo de proyección inferior a 45o. 6.3.4.3 OPERACIONES DE ACABADO. Una vez metalizada la pieza, se debe efectuar, en general, un mecanizado de la superficie, bien sea con herramienta o con muela, para dejar la pieza a la cota prevista.
6.3.5 CEMENTACION. La cementación consiste en alear la capa superficial del metal base con otro más noble y resistente a la corrosión Cuatro son los procedimientos de cementación más empleados: la Sherardización, la Cromización, la Calorización y la Silicación. 6.3.5.1 SHERARDIZACION. Se emplea para proteger contra la corrosión piezas pequeñas de acero de forma más o menos complicada, por medio de una aleación de Zinc. La operación consiste en calentar los objetos, una vez limpios y empaquetados con polvo de Zinc y naftaleno, a unos 360oC. El naftaleno tiene por objeto proteger los granos de Zinc de la oxidación. Al final de la operación y luego de varias horas se forma una película de Zinc puro sobre una capa de una aleación hierro-zinc. El recubrimiento es anódico respecto al acero, aunque de menos potencial que si el recubrimiento fuese de zinc puro; pero la protección se mantiene aunque se produzcan grietas o poros. 6.3.5.2 CROMIZACION. Es un procedimiento caro, que se aplica sobre aceros de menos de 0.15 % de carbono, y tiene como fin producir sobre las piezas una capa que contiene del 10 al 20 % de cromo, es decir, una composición parecida al acero inoxidable, por difusión de cromo a través de la superficie del acero. La operación se realiza empaquetando las piezas de acero con una mezcla de cromo y alúmina (Al2O3) finamente pulverizados, en la relación 66/34, y calentando el conjunto a unos 1.350oC durante tres o cuatro horas, en una atmósfera de hidrógeno para que no se oxide el cromo. La alúmina tiene por objeto evitar la formación de conglomerados de cromo.
15
Se emplea la cromización principalmente para proteger los ejes de las turbinas contra la corrosión y erosión, y para la protección contra el ácido nítrico.
6.3.5.3 CALORIZACION (ALUMINACION). Tiene por objeto proteger el acero por medio del aluminio. La calorización se realiza en un horno giratorio, en el que se calientan a unos 850oC las piezas, una vez limpias y empaquetadas con una mezcla del 49 % de polvo de aluminio, 49 % de alúmina y 2 % de cloruro amónico. Al cabo de una hora, aproximadamente, se habrá formado una capa de aleación hierro-aluminio, que contiene aproximadamente un 25 % de aluminio, y sobre ella una capa protectora de alúmina (Al2O3) cuyo punto de fusión es muy elevado. Las piezas calorizadas son muy resistentes a la corrosión producida por gases sulfurosos a alta temperatura, y por eso se emplea este método para la protección de crisoles para sales fundidas en los tratamientos térmicos, cajas de carburación, cubiertas de pirómetros, etc. 6.3.5.4 SILICACION. Consiste en la formación, en la superficie del acero, de una capa de aleación hierro-silicio, que contiene hasta un 20 % de Silicio, que es el porcentaje de algunas fundiciones especiales muy resistentes a la corrosión por los ácidos fuertes. Se opera calentando de 900o a 1000oC el acero una vez limpio, empaquetado on una mezcla de carburo de silicio y ferrosilicio. Los aceros siliciados resisten bien no sólo a la corrosión, sino también a la erosión y por esto se aplican a la protección de los ejes de bombas de agua de los automóviles. 6.3.6 CHAPADO. Los productos chapados se presentan sobre todo bajo la forma de chapas constituidas por un alma de metal base, recubierta sobre una de sus caras ( o sobre las dos) de una aleación protectora. La fabricación se efectúa en el curso de una laminación en caliente, las dos placas metálicas superpuestas se laminan en caliente, lo que permite una excelente adherencia, de forma que las operaciones de conformado posteriores no provocan ningún despegue. La unión entre las dos chapas con el metal base es una soldadura sin pasar por el estado líquido, asegurada por la difusión térmica de los elementos de una y otra parte del plano de unión. Así se obtiene el plaqueado de aceros inoxidables y de númerosos metales no férricos sobre una alma e acero: cobre, latón, níquel, cupro-níquel, etc. 6.4 RECUBRIMIENTOS NO METALICOS. Se utilizan los siguientes procedimientos para conseguir un recubrimiento no metálico resistente a la oxidación y corrosión. a. Recubrimientos con plásticos. b. Pinturas. c. Esmaltes. d. Oxidación superficial. e. Fosfatación. 6.4.1 RECUBRIMIENTO CON PLASTICOS. 16
Los plásticos más empleados, para este fin, son el polietileno, el cloruro de polivinilo, la resina epoxy y el acetato butirato de celulosa, reducidos a polvo impalpable. El revestimiento se realiza en tres fases:
6.4.1.1 CALENTAMIENTO DE LA PIEZA A RECUBRIR. La temperatura de precalentamiento de la pieza tiene mucha importancia, pues de ella depende, en gran parte, el espesor del recubrimiento. Cuanto más alta sea la temperatura, dentro de ciertos límites, mayor será el espesor de la película de plástico. Se ha de tener en cuenta también que para una misma temperatura, se obtiene un recubrimiento de espesor mayor cuanto mayor sea la masa de la pieza, pues es capaz de almacenar más calor y mantener, por tanto, más tiempo la temperatura suficiente para fijar mayor cantidad de polvo de plástico sobre su superficie.
Por tanto, no se pueden dar más que temperaturas de orientación para el precalentamiento de las piezas. Figura 6.7. Tanque para la fase de aplicación del polvo metálico
6.4.1.2 RECUBRIMIENTO CON POLVO PLASTICO. El recubrimiento de polvo plástico de las piezas se realiza generalmente introduciendo éstas en un tanque de fluidificación, formado por un depósito con un sobrefondo de cerámica porosa. Sobre este sobrefondo se deposita una cantidad de polvo plástico inferior al 1/3 del volumen del depósito. Tabla 6.5. Condiciones de trabajo
Tipo de plastico Polietileno de baja dendidad Polietileno de alta
Temperatura de precalentamiento, oc
Tiempo de inmersion, seg.
180
8
Temperatura fusion, oc 180 (4 min.) 17
densidad
275
8
No es necesario
Cloruro de polivinilo
210
8
220 (2 min.)
Resina epoxi
200
10
200 (0.5-1 h.)
Acetato butirato de celulosa
320
8
No es necesario
Y una vez cargado se inyecta aire a presión que fluye a través del sobrefondo poroso y mantiene en suspensión el polvo depositado sobre éste, formándose una atmósfera cargada de polvo. El tiempo de permanencia de las piezas en el tanque de fluidificación depende del espesor de la capa de polvo que se desea depositar. 6.4.1.3 FUSION DEL POLVO DEPOSITADO. Las temperaturas a que se debe calentar las piezas, una vez recubiertas del polvo, oscilan alrededor de 200oC. Para la producción en serie resultan útiles los túneles de pantallas radiantes, por cuyo interior se pasan las piezas tanto para el precalentamiento como para la fusión final del polvo, regulándose la temperatura por variación de la velocidad de paso.
6.4.2 PINTURAS. Una pintura es un producto constituido por los componentes: pigmento, ligante, disolventes, diluyentes y aditivos. El pigmento es un sólido finamente dividido, que se mantiene disperso en forma estable en la masa total y que proporciona a la película su color, poder cubritivo, resistencia a la intemperie y propiedades anticorrosivas. El ligante es la sustancia formadora de la película y responsable del paso de líquido a sólido que tiene lugar cuando la pintura es extendida en forma de capa fina: puede ser un aceite, un barniz o una resina. Los disolventes que se incorporan a una formulación tienen por función disolver el aceite o la resina, posibilitando así el proceso de elaboración de la pintura. Los diluyentes, que no actúan como disolventes de la resina, permiten adelgazar o diluir la pintura, reduciendo costos de fabricación y facilitando su aplicación. Las pinturas incluyen ademas en su formulación componentes menores o aditivos, con funciones específicas. ESQUEMAS DE PINTADO. Se denomina al conjunto de capas de diferentes pinturas cuyo objetivo fundamental es proteger una superficie de la acción de un medio agresivo (todas de un mismo ligante).
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El esquema más simple está constituido por un fondo anticorrosivo (una o dos capas), directamente en contacto con el metal, y una pintura de terminación (también una o dos capas), destinada a evitar el deterioro de la pintura de base.
Tabla 6.6. Espesores a película seca recomendados según el medio Medio ambiente Atmósfera no contaminada Atmósfera medianamente contaminada Atmósfera altamente contaminada (industrial y marina) Inmersión continua en agua de mar Contacto permanente con líquidos agresivos
Espesor Recomendado (micras) 40 – 50 75 – 100 100 – 150 250 – 350 350 – 500
Las condiciones generales que debe cumplir una pintura o un esquema de pinturas son : 1. Tolerancia a defectos de preparación de la superficie, sin que se produzca pérdida de adherencia. 2. Posibilidad de ser aplicadas en condiciones de humedad y temperatura no ideales. 3. Las pinturas deberán ser de rápido secado, a fin de que no adhiera polvo o impurezas sobre la superficie. 4. Deberán ser elaboradas con disolventes no tóxicos o emplear productos de mínima oxicidad. 5. Deberán tener un alto contenido de sólidos, a fin de proporcionar un elevado espesor de película seca. 6. Serán de larga vida útil y en algunos casos debern soportar la acción de condiciones climáticas muy diferentes. 7. Será posible reparar zonas dañadas con facilidad y la nueva capa aplicada deberá adherir adecuadamente sobre las anteriores. La elección correcta de las pinturas, debe hacerse en función del tipo de superficie, preparación de la misma y condiciones de agresividad del medio.
Terminación Intermedia FONDO (segunda mano) FONDO (primera mano) Capa pasivante
Acero Figura 6.9. Esquema de pintado recomendado para el acero 6.4.2.1 LAS PINTURAS SEGUN SU PROPIEDAD MÁS IMPORTANTE. SHOP-PRIMERS. Son las pinturas destinadas a la protección del acero durante el periódo de construcción de una estructura. Se aplican a soplete, tienen secado muy rápido y no deben interferir en 19
los procesos de soldadura ni producir humos tóxicos cuando la película quema como consecuencia de la llama. Pueden ser elaboradas con pigmentos anticorrosivos o con polvo de Zinc. WASH-PRIMERS. Son productos destinados a ser aplicados sobre el acero limpio. Reaccionan químicamente con el mismo, pasivándolo haciéndolo menos sensible a la corrosión. Sirven de base para la aplicación del esquema anticorrosivo, el que eventualmente puede no incluirlos. PINTURAS ANTICORROSIVAS. Son las pinturas constituidas por un pigmento anticorrosivo y un ligante, y que por diferentes mecanismos contribuyen a proteger el acero contra la corrosión. Las condiciones fundamentales para que dicho revestimiento anticorrosivo sea eficiente son las siguientes:
Impermeabilidad al paso de agua, iones, oxígeno, etc. Buena resistencia al agua y baja absorción pues en servicio se encontrará muchas veces en contacto permanente con la misma. Buena dureza, de tal manera que el deterior de la cubierta orgánica por rozamientos o choques sea mínima. Buena adhesión no solo al metal base, sino también entre manos.
PINTURAS INTERMEDIAS. Son las que se aplican sobre los fondos anticorrosivos y no contienen pigmentos inhibidores. Se utilizan para incrementar el espesor total y la impermeabilidad de la película, sin aumentar exageradamente los costos. PINTURAS DE TERMINACION. Constituyen la capa final, que protege a las anteriores; debe tener buena resistencia al medio agresivo (intemperie, agua o reactivos químicos, según el uso de la pintura). La aplicación de estas pinturas en forma sucesiva, constituye el esquema de pintado. 6.4.2.2 CLASIFICACION DE LAS PINTURAS SEGUN EL LIGANTE. PINTURAS AL ACEITE. El ligante está constituido por un aceite secante, refinado y generalmente tratado por calentamiento. Son resistentes a la intemperie pero de secado algo lento. PINTURAS OLEORRESINOSAS. Los pigmentos están dispersados en un barniz que se obtiene por tratamiento conjunto de un aceite secante y una resina de características adecuadas. Secan más rápidamente que las anteriores y su resistencia a la intemperie es variable, dependiendo de las materias primas empleadas. Estas pinturas no son aconsejables para el pintado de materiales o estructuras expuestas a medios muy agresivos. ESMALTES ALQUIDICOS. El ligante es una resina alquídica combinada con un aceite secante. Tienen muy buena durabilidad al exterior cuando las pinturas se formulan con este fin y pueden ser utilizadas en el pintado de estructuras póximas a la costa o en la superestructura de buques. Son de secado rápido y compatibles con otras resinas. PINTURAS FENOLICAS. Para la elaboración del ligante se emplean resinas fenólicas puras o modificadas. Tienen buena resistencia al exterior y una resistencia al agua mayor que la de las pinturas mencionadas anteriormente. Se emplean en pinturas anticorrosivas para cascos, pinturas intermedias y pinturas para línea de flotación.
PINTURAS BITUMINOSAS. Son formuladas con betunes asfálticos o con cortes de alquitrán de hulla, procesados o no con un aceite vegetal. Son de color negro, poco resistentes a la acción de la 20
intemperie pero mucho a la del agua y reactivos químicos. Pueden contener pigmentos de carga y secan rápidamente. PINTURAS DE CAUCHO CLORADO. El ligante está elaborado con resina de caucho clorado, con un plastificante adecuado. Son muy resistentes al agua, a los agentes químicos, a la intemperie y pueden ser empleadas tanto en formulaciones para casco como para superestructura. Secan muy rápidamente. PINTURAS VINILICAS. Son las formuladas con resinas vinílicas y se caracterízan por su buena resistencia al agua, a agentes químicos (diluídos) y a la intemperie. Dentro de este tipo de pinturas pueden incluirse tanto fondos anticorrosivos como pinturas de terminación; el esquema debe estar constituido por pinturas vinílicas exclusivamente. Secan al aire muy rápidamente lo que hace difícil su aplicación a pincel o rodillo en grandes superficies; en este caso se aconseja el pintado a soplete. PINTURAS POLIURETANICAS. Son formuladas con resinas poliuretánicas y se presenta normalmente para su uso en forma de dos componentes, la base pigmentada y el catalizador o agente de curado, que deben ser mezclados antes de la aplicación. Tienen una resistencia muy grande al exterior como al agua y agentes químicos. Pueden ser pigmentada en los colores más diversos y secan rápidamente. PINTURAS EPOXIDICAS. El ligante es una resina epoxidica formada también por combinación, en el momento de su uso, de dos componentes. Secan rápidamente pero sólo después de algunos días la reacción química de secado se completa y la película adquiere su máxima resistencia al agua y agentes químicos. Son deteriorables por acción de la luz solar, por lo que no se aconseja su utilización en exteriores. PINTURAS EMULSIONADAS. El vehículo es una emulsión del ligante en agua. Se diluyen con agua y al ser aplicadas en forma de película la emulsión se rompe, obteniéndose una fase oleosa continua que forma una cubierta de buena resistencia, la que no debe ser soluble en agua, si la formulación es correcta. Se utiliza habitualmente en el pintado de manposteria o de madera. 6.4.3 ESMALTES. Los esmaltes son esencialmente borosilicatos de calcio, de potasio y de plomo, que se aplican formando una papilla sobre el metal previamente desengrasado y decapado. Una vez secas, se introducen las piezas en un horno donde se funde el esmalte formando una capa protectora vidriada.
6.4.4 FOSFATACION. Consiste este procedimiento en sumergir la piezas de acero en una solución de un fosfato metálico ácido, que puede ser fosfato diácido de manganeso, fosfato diácido de Zinc o fosfato diácido de sodio. La solución de fosfato diácido de manganeso se calienta a una temperatura de 100oC, sumergiendo en el baño las piezas, sobre las que se obtiene una capa de fosfato insoluble de un espesor de 0.01 mm, según la reacción: 2(PO4H2)Mn + 2Fe (PO4Fe)2Mn + 2H2
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Se emplea como catalizador una pequeña cantidad de una sal de cobre. La protección obtenida por este procedimiento es muy eficaz, sobre todo si se completa con una impregnación de una materia grasa. La solución de fosfato diácido de Zinc se calienta a unos 80oC de temperatura. La pieza se sumerge solamente durante algunos minutos, siendo la operación tan rápida porque se añade a la solución un oxidante que quema hidrógeno. Esta protección es menos eficaz que la anterior, y por eso se emplea solo como impregnación previa a una aplicación posterior de pintura o barniz. El fosfato diácido de sodio se emplea proyectando su solución sobre el acero, teniendo lugar en la capa superficial la siguiente reacción: 3PO4H2Na + 3Fe (PO4)2Fe3 + PO4Na3 + 3H2 La protección que se obtiene es inferior a la obtenida por los fosfatos anteriores; pero se emplea por la relativa baratura de los fosfatos alcalinos. 6.4.5 OXIDACION SUPERFICIAL. La formación de una película superficial de óxido para proteger el metal es un medio bastante eficaz, que se emplea, sobre todo, para las aleaciones de aluminio y magnesio. La oxidación puede realizarse por electrólisis (oxidación anódica), por calentamiento y por ataque de un ácido (oxidación química). 6.4.5.1 OXIDACION ANODICA. Se aplica, sobre todo, para la protección de piezas de aluminio. La película de óxido formada sobre aluminio y sus aleaciones, cuando se exponen al aire libre, es bastante protectora, y por eso se pensó que una película de óxido más gruesa, producida artificialmente, mejoraría la protección. La oxidación anódica del aluminio se realiza empleando las piezas como ánodo (+), y como electrólito, el ácido oxálico, el ácido crómico o el ácido sulfúrico al 20 %. La oxidación la realiza el oxígeno que se desprende en el ánodo y que forma una película protectora de óxido de unos 0.02 mm. Despues del tratamiento se cierran los poros que contiene la capa formada, por inmersión en agua hirviendo o en vapor de agua, lo que produce una expansión de la capa transformandose parte del óxido en la forma hidratada. Tabla 6.7. Condiciones de los principales procesos de anodizado.
PROCESO
CONC. %
VOLTAJE Voltios
DENSIDAD A/dm2
TEMPERATURA OC
CATODOS
Acido crómico
3
30 - 50
0.5 – 2.2
38 – 55
Acero inox.
Acido oxálico
3- 10
30 - 60
1–3
18 – 35
Acero Grafito Acero inox. Plomo
Acido crómico
5 - 20
10 - 50
0.3 – 1.5
18 - 30
Aluminio Plomo 22
6.4.5.2 OXIDACION QUIMICA. Consiste en sumergir el metal o aleación en una solución de carbonato de sodio y cromato de sodio o potasa, por espacio de unos 5 minutos y de 90 a 100oC de temperatura. La solución reacciona sobre el metal formando una película muy delgada de óxido o de una sal compleja insoluble. Este procedimiento se aplica a las aleaciones de magnesio, empleando también soluciones de bicromato alcalino en ácido nítrico. 6.4.5.3 OXIDACION POR CALENTAMIENTO. La oxidación por calentamiento se emplea preferentemente para el acero. Se opera calentando las piezas de acero en un horno abierto o en un baño de sales fundidas formadas por una mezcla de nitrato sódico y potásico a una temperatura de 260 a 400oC. La película que se produce es de óxido férrico magnético Fe3O4. Si se emplean sales, su color es azul. Otro procedimiento, consiste en calentar a 650oC durante tres horas, las piezas de acero, una vez limpias, en un horno cerrado, en el que se desplaza el aire por medio de vapor de agua recalentada o una mezcla de vapor de agua y benceno. Al terminar la operación se deja emfriar el acero hasta 150o C y se introducen las piezas en aceite de linaza hirviendo, manteniendo la misma temperatura hasta que el aceite se ha oxidado. Con esto el óxido férrico primeramente formado se habrá reducido a la forma más resistente de óxido ferroso-férrico. La capa de óxido es negra, siendo opaca o lustrosa según el acabado previo superficial del acero. 6.5 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 corrosión, formando un compuesto protector insoluble sobre la superficie del metal, bien catódica o anódica. Los inhibidores se clasifican según su acción en : 6.5.1 INHIBIDORES PASIVANTES. Estan constituidos por sustancias químicas inorgánicas, se consideran como los inhibidores más efectivos debido a que son capaces de detener casi completamente la corrosión. Se consideran como inhibidores pasivantes, aquellos que tienen capacidad oxidante, en un sentido termodinámico y que tienen además la propiedad de reducirse con facilidad. Se subdividen en los siguientes tipos: 6.5.1.1 PASIVANTES OXIDANTES. Son inhibidores que no necesitan oxígeno en su función inhibitoria, pudiendo por tanto pasivar en un medio desaereado. A este grupo pertenecen los cromatos, los nitritos y los nitratos. A concentración insuficiente, la película de óxido protector se vuelve conductora, y permite acelerar la corrosión por picado. 6.5.1.2 PASIVANTES NO OXIDANTES.
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Denominados también pasivantes indirectos debido a que para cumplir con las funciones de pasivantes requieren imprescindiblemente del oxígeno. En este grupo se situan los tungstenatos, molibdatos y fosfatos. 6.5.2 INHIBIDORES DE DECAPADO U ORGANICOS. La acción inhibidora es el de evitar que el ácido usado en el decapado exceda sus funciones de limpieza y comience a corroer el metal útil. Consecuentemente los inhibidores de este tipo, bloquearan la descarga de H+ y la disolución de iones metálicos. Entre los inhibidores de este tipo podemos citar los compuestos orgánicos de nitrógeno, las aminas y los grupos del S y OH. Los inhibidores citados, generalmente no son utilizados puros y su adición es del orden de 0.01 a 0.1 % con respecto al ácido de decapado. 6.5.3 INHIBIDORES EN FASE VAPOR. Se suelen añadir en polvo, en soluciones, o en papel impregnado de inhibidor. Estas sustancias tienden a volatilizarse a temperatura ambiente y sus vapores se expanden por difusión y convección, luego se condensan y precipitan formando una capa fina y protectora sobre la superficie del metal. Los inhibidores más eficaces y usados dentro de este grupo diciclohexilamonionitrito, el cicloexilamino carbonato y la etanolamina carbonato.
son:
el
DNH
6.5.4 INHIBIDORES CATODICOS. Son aquellos que actúa sobre el cátodo, generalmente aumentando el sobrepotencial de hidrógeno, y se clasifican en los siguientes tipos: 6.5.4.1 INHIBIDORES CATODICOS VENENOSOS. A este grupo de inhibidores pertenecen las combinaciones de óxidos de arsénico, de bismuto y de antimonio, cuya precipitación aumenta el sobrepotencial de hidrógeno. Se les llama venenosos porque envenenan la reacción de formación de hidrógeno molecular. Causan daño por hidrógeno atómico en los materiales. 6.5.4.2 INHIBIDORES CATODICOS DE PRECIPITACION. Los inhibidores de este grupo son los carbonatos de calcio, de sodio, de magnesio, así como los álcalis cáusticos que como se sabe son constituyentes propios de las aguas naturales. Otro de los inhibidores de este tipo, es el sulfato de Zinc que se precipita como hidróxido en aguas neutras causando polarización de la reacción catódica. La acción de estos inhibidores es la de formar productos insolubles. 6.5.4.3 INHIBIDORES SCAVENGERS. El uso de estos inhibidores es solo necesario cuando la concentración del oxígeno sobrepasa 0.1 partes por millón, lo cual suele darse a PH mayores de 6. Estos scavengers pueden ser suministrados solos o con algún otro inhibidor, siendo los más empleados, el sulfito de sodio y el dióxido de azufre quienes consumen oxígeno. 24
Estas reacciones son lentas a temperatura ambiente, y requieren por lo general el uso de un catalizador como sales de cobalto, manganeso y cobre. Otro inhibidor muy utilizado en los últimos tiempos es la hidrazina que reacciona lentamente con el oxígeno a temperatura ambiente y en ausencia de catalizador; se recomienda este inhibidor cuando se trabaja a altas presiones. 6.5.5 INHIBIDORES INDUCTORES DE PRECIPITACION. La acción general de estos inhibidores es la de inducir la formación de capas protectoras en la superficie del metal interfiriendo las zonas anódicas y catódicas. Son los únicos inhibidores que de acuerdo a las condiciones del medio, pueden actuar unas veces como inhibidores anódicos y otras veces como inhibidores catódicos. Los inhibidores industriales más utilizados son los silicatos y fosfatos, que son capaces de inhibir el acero en presencia de oxígeno en aguas que contienen baja concentración de iones cloro; en este caso actúan como inhibidores. La mejor efectividad de estos inhibidores se logra al usarlos en forma combinada, es decir, fosfatos con silicatos. 6.6 EMPLEO DE PASIVADORES. El pasivado es la alteración de las propiedades electroquímicas por formación de una película superficial que dificulta, cinéticamente, la viabilidad termodinámica. Se atribuye, en general, o bién a la formación de películas gaseosas, generalmente de oxígeno e hidrógeno, o bién a la formación de películas sólidas, generalmente de óxidos, que protegen el metal. Los pasivadores más empleados son el minio y el cromato de Zinc, ambos muy utilizados como impregnadores de las piezas de acero antes de aplicar cualquier pintura sobre ellos. El minio es óxido de plomo (Pb3O4), y es quizá el pigmento pasivador más empleado. El cromato de Zinc (CrO4Zn) transforma los iones ferrosos generados en el agua en férricos, produciendo una capa bastante insoluble, en el ánodo, de bióxido férrico.
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