Carlos Yáñez Veiga
Corrosión en los metales: 1.
Defínase la corrosión:
Corrosión es la la destrucción de un material por interacción química, electro-química, o metalúrgica. Es un proceso inverso a la obtención del metal debido a la inestabilidad de los metales en sus formas refinadas, volviendo a sus estados originales a través de los procesos de corrosión.
2. ¿Cómo difiere la corrosión de la erosión?
La corrosión es un proceso químico, mientras que la erosión es un proceso puramente químico que no afecta a la naturaleza de los materiales. En la corrosión intervienen fenómenos electroquímicos, mientras que la erosión es un proceso me cánico de desgaste por contacto, rozamiento o vibración entre superficies de contacto, o entre el material y el medio exterior.
3. Explíquese el mecanismo de corrosión electroquímica.
La corrosión electroquímica es un proceso de oxidación- reducción, en el que se produce un flujo de electricidad entre ciertas áreas o zonas de la superficie de un metal a través de un electrolito, el cual cual es cualquier solución que contiene iones. En estas zonas, entre las que se crea el circuito eléctrico, existe una diferencia de potencial eléctrico debido a las distintas naturalezas de los metales o aleaciones puestas en contacto. Con la descomposición de
la aleación o del metal de cada una de estas áreas, áreas,
denominadas ánodo y cátodo, cátodo, tenderá a desaparecer o igualarse este potencial. Los potenciales electroquímicos de cada sustancia química están tabulados y son relativos a un electrodo de referencia que se supone posee potencial cero. En la tabla que usamos el electrodo electrodo de referenecia es el de hidrógeno.
4. ¿Por qué la corrosión ocurre generalmente en el ánodo?
En el ánodo tiene lugar el proceso de oxidación y por lo tanto los átomos del metal quedan cargados cargados positivamente positivamente al desprenderse de los electrones electrones
correspondientes,
separándose de la superficie del sólido y pasando de esta forma a la solución como iones positivos. Los electrones quedan en el metal que los conduce hasta el cátodo, lugar en el que ocurre ocurre la reducción de los cationes, que proceden del del electrolito, electrolito, al unirse a estos electrones que proceden del ánodo. 1
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5. ¿Qué determina si un área dada es anódica o catódica?
La diferencia en el potencial electroquímico de los metales, de distinta naturaleza, implicados. La diferente naturaleza interna de los átomos de las sustancias que contienen dichas zonas viene cuantificada por una diferencia de potencial, respecto del hidrógeno. Cada sustancia
tendrá una posición en esta tabla de potenciales relativos. Cuando una
sustancia tiene un potencial de oxidación más positivo que el de otra la primera se oxidará y la segunda se reducirá. Ejemplo: +2
+ 2e-
εo =
-0,345 v
+ 2e-
εo =
0,762 v
Cu → Cu
+2
Zn → Zn
En este caso vemos que el Zn tiene el potencial de oxidación más positivo que el Cu, por lo tanto el Zn se oxidará y el cobre se reducirá. La relativa concentración de ambos iones comprendidos en la reacción tiene una influencia determinante sobre el potencial eléctrico. Si la concentración iónico-metálica se incrementa con referencia a la concentración iónica reducible, habrá una reducción en el potencial. La lista de la tabla de potenciales dados está ordenada en orden decreciente de actividad. Los metales más activos
se encuentran en la parte superior y muestran una
gran
tendencia a actuar sobre los que se encuentran más abajo.
6. ¿Cuál es la limitación que tiene
el empleo de la serie electromotriz en la
corrosión de metales? Esta tabla se ha confeccionado en unas condiciones denominadas estandar , es decir a 1 atmósfera de presión, 25 º C y las concentraciones iónicas han de ser 1 molar. En condiciones reales, en otros electrolitos, el comportamiento de estos iones o metales puede ser diferente, por lo que en lugar de esta tabla se utiliza otra, denominada serie galvánica; la cual se basa en las experiencias con combinaciones de metales en gran variedad de ambientes.
7. ¿ Cómo afecta la distancia entre metales en la serie galvánica a la rapidez de
corrosión? La distancia de separación en esta serie de dos metales es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre ellos, y cuanto más grande sea esta diferencia mayor será la velocidad de corrosión. El metal situado en la parte superior será anódico y sufrirá la corrosión, mientras que el situado en la parte inferior será catódico. 2
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8. ¿Por qué el aluminio y el cromo muestran superior resistencia la corrosión?
El ión metálico se elimina mediante la formación de un compuesto insoluble precipitado sobre el ánodo, y esta película es adherente e impermeable a la solución de corrosión, resultando un aislamiento completo y deteniendo de esta forma la corrosión.
9. ¿ Qué se entiende por anodizado y cómo afecta éste a la resistencia contra la
corrosión por esfuerzo? El anodizado consiste en la formación de una película gruesa de óxido o de sal; para ello se hace reaccionar el metal con una solución que produce la película deseada. La formación de esta película protectora
puede minimizar la aparición de fisuras y
disminuir la corrosión en estas zonas.
10. ¿Cuáles son los tres factores necesarios para formar una celda galvánica?
Dos electrodos conectados con una diferencia de potencial y sumergidos en el electrolito adecuado constituyen los factores necesarios para formar una celda galvánica o pila.
11. Explíquese y descríbase el mecanismo de deszincificación.
Es una corrosión localizada que aparece cuando el latón está en contacto con el agua del mar o con el agua dulce cuyo contenido en oxígeno y dióxido de carbono sea elevado. La deszincificación supone la disolución de la aleación y la posterior deposición de cobre poroso inadherente. Este proceso en caso de no pararse progresará a través de la sección recta del metal, dando lugar a que se produzcan filtraciones a través de la capa de cobre porosa. Si esta corrosión tiene lugar en un área determinada se conoce como descincificación localizada. La adición a los latones amarillos de pequeñas cantidades de Sn o Sb reduce al mínimo el riesgo de la aparición de descincificación.
12. Analícense las diferencias y semejanzas entre la corrosión intergranular
y la
corrosión por esfuerzo. La corrosión intergranular es otro ejemplo de corrosión no uniforme que se produce cuando existe una diferencia de potencial entre las fronteras de grano y el resto de la aleación. Este tipo de corrosión tiene lugar generalmente cuando ocurre la precipitación de una fase desde una solución sólida.
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Como la precipitación suele ocurrir más rápido en las fronteras de grano, el material en la vecindad de las fronteras de grano pierde cantidades del elemento disuelto, creando una diferencia de potencial, y la frontera se disolverá preferentemente. Como consecuencia aparecerá una pérdida apreciable en las propiedades mecánicas del metal. La corrosión por esfuerzo es la aceleración de la corrosión en ciertos ambientes cuando los metales se someten a esfuerzos externamente o contienen esfuerzos tensiles internos debidos al trabajo en frío. Las fisuras pueden ser transgranulares o intergranulares o una combinación de ambas. La magnitud del esfuerzo necesario para producir la falla del material depende del medio corrosivo y de la estructura del metal base. La corrosión por esfuerzo es uno de los más importantes tipos de corrosión, porque puede ocurrir en muchísimos metales. Ambos tipos de corrosión tienen un efecto
muy poderoso sobre las propiedades
mecánicas del metal. La reducción en resistencia se debe no a la cantidad de metal eliminado, sino a la concentración de esfuerzos producidas por las fisuras finas.
13. Descríbanse los siguientes acontecimientos: corrosión por formación de
pequeños agujeros en la superficie, corrosión por cavitación. corrosión por grieta, y corrosión por rozamiento. Corrosión por formación de pequeños huecos. Está provocada por la falta de homogeneidad de la aleación o del metal, estas irregularidades en la composición y estructura cristalina ocasionan diferencias de potencial en sitios localizados que van a dar lugar a agujeros profundos y aislados.
Corrosión por cavitación. Se produce con el choque de las burbujas y cavidades dentro de un líquido. El movimiento de vibración entre una superficie y un líquido es tal, que se aplican repetidas cargas a la superficie, produciendo esfuerzos muy altos cuando se forman estas burbujas y chocan regularmente. Estos choques producen impactos de alto esfuerzo que eliminan gradualmente partículas de la superficie, formando de manera eventual profundos agujeros sobre la superficie, depresiones y marcas.
Corrosión por grieta. Este tipo de corrosión incluye diferentes tipos como son: La unión de dos metales diferentes expuestos a un ambiente corrosivo; grietas que retienen soluciones y tardan cierto tiempo en secar. El ataque de estas grietas se puede acelerar por la existencia de un diferencial en la concentración de oxígeno. 4
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El exterior de la aleación es catódico y puede estar en contacto con el oxígeno; el interior de la grieta es anódico y el depósito de la corrosión, insoluble, alrededor del centro anódico tiende a excluir oxígeno, resultando un área de potencial eléctrico incrementado y baja concentración de oxígeno. La corrosión ocurre en la zona deficiente en oxígeno.
Corrosión por rozamiento. Es un tipo común de daño a la superficie producido por vibración que causa choques o rozamientos en la interfaz de superficies sometidas a altas cargas y estrechamente ajustadas. La corrosión por rozamiento destruye los cojinetes y las dimensiones además de reducir la resistencia a la fatiga. Este tipo de corrosión es un fenómeno mecánico-químico. Cuando dos
componentes se rozan, fuerzas adhesivas
hacen que pequeñas partículas de la superficie se suelden. Con continuos y ligeros movimientos, las partículas soldadas se arrancan de las superficies opuestas y reaccionan químicamente con el medio, formando un depósito de polvo o escombro en la unión.
14. Explíquese lo que es protección catódica.
La protección catódica consiste en colocar el metal que normalmente sería corroído, en contacto eléctrico con uno que esté encima de él en la serie galvánica. De este modo, el metal más activo llega a ser el ánodo y el metal corroíble el cátodo. Los metales empleados en este tipo de protección son el Zn y el Mg; Existen casos en que se emplean como ánodos material inerte como carbón, grafito o platino a los que se le suministra una corriente por medio de una fuente de voltaje externa.
15. Enumérese siete métodos de protección contra la corrosión y explíquese por
qué cada método es efectivo. 1) Utilización de metales de alto grado de pureza. Tiende a reducir la corrosión al minimizar las inhomogeneidades. 2) Empleo de adiciones de aleación. Algunas adiciones
de determinados metales a
aleaciones mejoran la resistencia a la corrosión, como ocurre con la adición de Ti y Nb ( culombio) a aceros austeníticos con el fin de reducir la cantidad de carbono que reacciona con el Cr precipitando carburos de cromo en las fronteras de grano. También estas adiciones pueden producir películas de óxido superficial no porosas y adherentes o bien pueden ayudar a su formación como es el caso de adiciones de manganeso y aluminio a aleaciones al cobre , y en adiciones de magnesio a aluminio. 5
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3) Utilización
de
tratamientos
térmicos.
El
tratamiento
térmico
provoca
una
homogeneización en las soluciones sólidas, especialmente en las fundidas, así como suprime también
las tensiones ocasionadas por
el trabajo en frío. Este tipo de
tratamiento se aplica para evitar la corrosión por esfuerzo. 4) Diseño adecuado. Las uniones deben diseñarse de forma que se reduzca la tendencia de los líquidos a entrar y ser retenidos. El contacto entre materiales lejanos en la serie electromotriz debe evitarse o de ser imposible esto, utilizar un aislante entre ellos como hule o plástico para reducir la posibilidad de corrosión galvánica. Las grietas, producidas en los esfuerzos por torsiones al usar tornillos, pueden evitarse usando soldaduras en lugar de sujetadores mecánicos o empleando empaquetaduras aislantes entre las superficies paralelamente maquinadas. 5) La Protección catódica. Ya descrita anteriormente. 6) Empleo de inhibidores. Los inhibidores son agentes químicos que cuando se añaden a la solución corrosiva, reducen o eliminan el efecto corrosivo de la misma. En la mayoría de los casos, el inhibidor formará una capa protectora sobre la superficie del metal. Los inhibidores se agregan a los anticongelantes para los radiadores de los coches. Los agentes de la oxidación producen películas de óxido sobre la superficie del metal que puede ser aluminio, cromo o manganeso. 7) Revestimientos superficiales. Pueden ser pinturas, películas de óxido y
sal y
revestimientos metálicos.
El empleo de pinturas y otros revestimientos orgánicos se realiza principalmente para mejorar la apariencia
de
las superficies y estructuras. El empleo de pinturas en la
protección de la corrosión es sólo efectivo durante el tiempo que se conserve intacta.
Las películas de sal y de óxido se obtienen haciendo reaccionar al metal con una solución que produce la película deseada.( Parkerizado, anodizado y pasivación).
Los revestimientos metálicos pueden obtenerse mediante una variedad de métodos, como metalizado, revestimiento por inmersión en un baño de metal fundido como estaño o Zinc, electrodeposición, difusión y enlazamiento. La mayor parte de los revestimientos metalizados contra la corrosión son de zinc y aluminio, empleándose en trabajos sobre hierro y acero, ya que éste es catódico frente a ellos.
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La mayoría de los revestimientos emplean selladores orgánicos o prerrevestimientos (bases). El revestimiento metálico por inmersión en un baño coherente se utiliza principalmente para aplicar al acero un revestimiento de zinc ( galvanizado), estaño , cadmio, aluminio o plomo. Para evitar la tendencia a escarapelarse en los doblamientos el espesor de la capa de compuestos intermetálicos debe estar controlado adecuadamente.
Los revestimientos electrodepositados se usan con fines decorativos principalmente, pero también con fines industriales para proteger de la corrosión y además otras propiedades superficiales, tales como resistencia al desgaste, alta conductividad eléctrica, mejorar la capacidad de la soldadura, etc.
La impregnación como el caso del zinc y el enlazamiento por fundición en caliente o laminado son procesos englobados como revestimientos metálicos y que presentan una protección efectiva frente a la corrosión.
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