Práctica 9. Corrosión (2024-2025) PDF

PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 PRÁCTICA 9. CORROSIÓN ACTIVIDAD 1: CORROSIÓN SECA 1.1 Introducción Los materiales, cuando están en servicio, generalmente están sometidos a los agentes atmosféricos, o en casos particulares, a sustancias que pueden ser corrosivas. Teniendo presen...

PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 PRÁCTICA 9. CORROSIÓN ACTIVIDAD 1: CORROSIÓN SECA 1.1 Introducción Los materiales, cuando están en servicio, generalmente están sometidos a los agentes atmosféricos, o en casos particulares, a sustancias que pueden ser corrosivas. Teniendo presente este aspecto, es importante para el ingeniero el diseñar adecuadamente tanto a nivel de resistencia mecánica como de resistencia frente a la corrosión, ya que esta última puede provocar una reducción de la vida útil de la pieza o componente para la función que se había pensado. Una definición bastante aceptable de la corrosión es el deterioro que sufre un material a consecuencia de un ataque químico por su deterioro. Siempre que la corrosión esté originada por reacción química, la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura y de la concentración de los reactivos y de los productos. Otros factores, como el esfuerzo mecánico y la erosión también pueden contribuir al deterioro. La mayor parte de la corrosión de los materiales concierne al ataque químico de los metales, el cual ocurre principalmente por ataque electroquímico, ya que los metales tienen electrones libres que son capaces de establecer pilas electroquímicas dentro de los mismos. Las reacciones electroquímicas exigen un electrolito conductor, cuyo soporte es habitualmente agua. De aquí que en ocasiones se le denomine “corrosión acuosa”. Otro tipo de degradación de los metales que sucede por reacción química con el medio, es lo que se conoce como “corrosión seca”, que constituye en ocasiones una degradación importante de los metales especialmente cuando va acompañado de altas temperaturas en presencia de oxígeno (aire). En esta ficha de prácticas se pretende ilustrar procesos fundamentales de corrosión seca en metales, así como las condiciones necesarias para que estos se produzcan. De este modo, conociendo tanto las causas como los parámetros influyentes, será más fácil para el ingeniero el prevenir la corrosión en el diseño. 1.2 Material y equipos Para realizar la práctica utilizaremos tres metales diferentes y estudiaremos el comportamiento frente a la oxidación a elevadas temperaturas mediante un análisis de la variación del peso de las muestras a lo largo del tiempo. Para ello necesitaremos un horno de mufla, un recipiente cerámico y una balanza de precisión. 1.3 Procedimiento operatorio Tras verificar que el horno se encuentra a la temperatura deseada (900º C), se toman las muestras de los tres materiales a estudiar y se pesan en la balanza de precisión, tras haberla tarado previamente. A continuación se introducen en el horno las diferentes muestras, con ayuda de pinzas y guantes para evitar quemaduras y se toma el tiempo. Al cabo de 20 min, se sacan y se dejan enfriar sobre una superficie cerámica (aproximadamente 5 min). Seguidamente, se procede a pesarlas de nuevo, en las mismas condiciones que al inicio. A continuación se vuelven a introducir en el horno y se toma de nuevo el tiempo (20 min. más). Finalmente se procede como en el punto anterior. 1  PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 1.4 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador, Alfonso C. Cárcel, Emilio Francisco Segovia. Tomo II. Editorial UPV. (Cap.12). ACTIVIDAD 1: INFORME DE PRÁCTICA Toma de datos Materiales F1140 Acero inoxidable Monel Inicial 20 minutos (*) Peso Diferencia 40 minutos (*) Diferencia (*) Tiempo respecto al inicio. Cuestión 1: Dibujar la variación de peso de los distintos materiales, utilizando una escala apropiada. Diferencia de peso (g) Tiempo (min) Cuestión 2: Analizar lo sucedido en base a los resultados obtenidos. ¿es correcto el tipo de gráfico anterior a efectos de comparar los materiales? ¿qué alternativas habría? 2  PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 ACTIVIDAD 2: CORROSIÓN QUÍMICA 2.1 Introducción En esta práctica se pretende ilustrar procesos fundamentales de corrosión química en metales, así como las condiciones necesarias para que estos se produzcan. De este modo, conociendo tanto las causas como los parámetros influyentes, será más fácil para el ingeniero el prevenir la corrosión en el diseño. 2.2 Material y equipos Para la realización de la experiencia utilizaremos cuatro materiales: acero al carbono, acero inoxidable, aluminio y zinc. Necesitaremos cuatro vasos de precipitados (uno por material), la solución corrosiva (disolución de HCl 1:1), un balanza de precisión, pinzas, un secador y elementos de protección (guantes y gafas). Hay que tener especial cuidado en el manejo de las sustancias corrosivas. 2.3 Procedimiento operatorio Para realizar la experiencia, debido a la causticidad de las sustancias químicas utilizadas, se debe prestar especial atención en el manipulado de las mismas. Por ello, la persona elegida para el manejo de la solución de ácido clorhídrico debe de tomar todas las precauciones necesarias, esto es ponerse guantes y gafas protectoras. A continuación pasa a verter con extremo cuidado la solución corrosiva en los cuatro vasos de precipitados preparados a propósito. Para esta parte de la práctica bastan un par de centímetros de altura de solución. Se debe prestar atención a cerrar bien la botella de la solución para evitar su evaporación. Seguidamente, y con ayuda de las pinzas, se sumergirán las probetas metálicas en cada uno de los vasos. Se toman tiempos (de acuerdo con la tabla que se adjunta en las cuestiones) y en cada intervalo de tiempo se procede a la extracción de las probetas. Una vez fuera de la solución, se procede a su enjuague con agua y tras sumergirlas en alcohol, se procede a su secado. A continuación se realiza el peso de la muestra anotando los resultados en la tabla que se adjunta. Tras el pesado se introduce de nuevo la muestra en la solución corrosiva y se repiten las etapas anteriores. 2.4 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador, Alfonso C. Cárcel, Emilio Francisco Segovia. Tomo II. Editorial UPV. (Cap.12). 3  PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 ACTIVIDAD 2: INFORME DE PRÁCTICA Cuadro resumen de toma de datos. Peso Acero al C Acero inox. Aluminio Zinc Inicial 1 2 3 4 Tiempo (min) 5 10 15 20 30 40 Nota: los tiempos indicados son respecto al instante inicial. Dibuja la variación de peso de los distintos materiales, utilizando una escala apropiada Analizar los resultados obtenidos. ¿Qué ha sucedido? ¿Por qué? ¿Qué es lo que burbujeaba en las soluciones? ¿Por qué? ¿Qué diferencias se observan con respecto a la corrosión seca y a qué son debidas? ¿Es correcto el método de análisis? ¿cómo se debería hacer? 4  PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 ACTIVIDAD 3: SERIE GALVÁNICA Y SERIE ELECTROLÍTICA 3.1 Introducción En esta práctica se pretende estudiar las series galvánica y electrolítica. Para ello se determinarán los potenciales de corrosión libre de diferentes metales y aleaciones en una disolución de NaCl al 3.5 % 3.2 Material y equipos Para la realización de la experiencia utilizaremos: Probetas de diferentes materiales Electrodo de referencia (electrodo de calomelanos saturado (Hg /Hg2Cl2 KCl saturado, +241 mV)) Reactivos (agua destilada, NaCl químicamente puro) Pinzas Elementos de protección (guantes y gafas) Voltímetro Hay que tener especial cuidado en el manejo de las sustancias corrosivas. 3.3 Procedimiento operatorio Para realizar la experiencia, debido a la causticidad de las sustancias químicas utilizadas, se debe prestar especial atención en el manipulado de las mismas. Por ello, la persona elegida para el manejo de la solución de ácido clorhídrico debe de tomar todas las precauciones necesarias, esto es ponerse guantes y gafas protectoras. Se deberán seguir los siguientes pasos: 1. Se prepara una disolución de NaCl al 3.5 %, disolviendo 35g de NaCl y completando hasta 1 litro de disolución. 2. Se coloca en el vaso el electrodo de calomelanos saturado y con ayuda de las pinzas, se sumerge una de las probetas a ensayar. 3. Se anota la diferencia de potencia registrada en el voltímetro tras la estabilización del potencial. 4. Se saca del vaso de precipitados tanto el electrodo de referencia calomelano, el cual se enjuagará con agua destilada, y la probeta ensayada. 5. Se repiten los pasos 2, 3 y 4 con otra probeta. 3.4 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador, Alfonso C. Cárcel, Emilio Francisco Segovia. Tomo II. Editorial UPV. (Cap.12). 5  PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 ACTIVIDAD 3: INFORME DE PRÁCTICA Cuadro resumen de toma de datos. metal o aleación potencial E (mV)SCE metal o aleación potencial E (mV) SCE acero al carbono cobre acero inoxidable zinc aleación de aluminio plomo latón acero galvanizado Comenta y analiza los resultados obtenidos. 6  PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 ACTIVIDAD 4: TIPOS DE CORROSIÓN 4.1 Introducción En esta práctica se pretende ilustrar diferentes procesos fundamentales de corrosión en metales, así como las condiciones necesarias para que estos se produzcan. De este modo, conociendo tanto las causas como los parámetros influyentes, será más fácil para el ingeniero el prevenir la corrosión en el diseño. 4.2 Tipos de corrosión Los tipos de corrosión pueden clasificarse de acuerdo con la apariencia del metal corroído. La identificación puede realizarse de muchas formas, pero todas ellas se encuentran interrelacionadas en alguna manera. Como ejemplo, podemos establecer la siguiente clasificación: Corrosión por deterioro uniforme o general. Se caracteriza por una reacción química o electroquímica que actúa uniformemente sobre toda la superficie del metal expuesto a la corrosión. Corrosión galvánica o entre dos metales. Corrosión por picadura. La picadura es una forma de ataque corrosivo localizado que produce hoyos pequeños agujeros en un metal. Corrosión por grietas o hendiduras. Es una forma de corrosión localizada que puede presentarse en hendiduras y bajo superficies protegidas, donde pueden existir soluciones estancadas. Corrosión intergranular. Es un deterioro por corrosión localizada y/o adyacente a los límites de grano de una aleación. Corrosión bajo tensión. Se refiere a la rotura originada por la combinación de efectos de tensiones intensas y corrosión especifica que actúa en el entorno del metal. Corrosión erosiva. Puede ser definida como la aceleración en la velocidad de ataque corrosivo al metal debida al movimiento relativo de un fluido corrosivo y una superficie del metal. Corrosión por cavitación. Se origina por la formación e implosión de burbujas de aire o cavidades llenas de vapor, en un líquido que se encuentra cerca de la superficie metálica. Corrosión por desgaste. Este tipo de corrosión tiene lugar en las interfases entre materiales bajo carga, es decir en servicio, sometidos a vibración y deslizamiento. Disolución selectiva o desaleante. Es la eliminación preferencial de un elemento de una aleación sólida por procesos corrosivos. El ejemplo más común de este tipo de corrosión es el descincificado que tiene lugar en los latones, consistente en la eliminación selectiva del cinc que está aleado con cobre. Corrosión seca. Corrosión a altas temperaturas. Desde el punto de vista de ingeniería la velocidad a la cual los metales y aleaciones se oxidan es muy importante pues determina la vida útil de la pieza o componente. Normalmente esta se expresa como la ganancia de peso por unidad de área. 4.3 Material y equipos Para realizar la utilizaremos un conjunto de piezas y muestras metalográficas que presentan diferentes tipos de corrosión a escala macro y micro respectivamente. 7  PRÁCTICA 9. CORROSIÓN. GIOI Curso 2024-2025 4.4 Procedimiento operatorio Se realizará una inspección visual de las piezas. Para observar los fenómenos de corrosión a nivel microscópico de las muestras metalográficas se empleará el microscopio disponible en el laboratorio. Para su manejo consultar la hoja de indicaciones que está junto al equipo. 4.5 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador, Alfonso C. Cárcel, Emilio Francisco Segovia. Tomo II. Editorial UPV. (Cap.12). ACTIVIDAD 4: INFORME DE PRÁCTICA Realizar un dibujo con la observación en las muestras existentes de los tipos de corrosión indicando los diferentes componentes. Corrosión generalizada Corrosión por picaduras Corrosión intergranular Corrosión selectiva 8