Tema 4. Corrosión-Tratamientos Quimica Final PDF

Tema 4. Corrosión-Tratamientos Los materiales se degradan por: -Fatiga (uso, aplicación de fuerzas) -Corrosión (o combinación de ambas cosas) Champlain Towers South Condo Florida, 2021 CORROSIÓN Interacción de un material con e...

Tema 4. Corrosión-Tratamientos Los materiales se degradan por: -Fatiga (uso, aplicación de fuerzas) -Corrosión (o combinación de ambas cosas) Champlain Towers South Condo Florida, 2021 CORROSIÓN Interacción de un material con el medio que lo rodea, produciéndose un cambio químico con el consiguiente deterioro en sus propiedades. Fe + O2 + → óxido de hierro Cada 90 segundos se corroe una tonelada de acero a nivel mundial De cada tonelada de acero que se produce en el mundo, el 50% se utiliza para sustituir acero corroído. La agresividad de las atmósferas y los progresos tecnológicos son cada vez más severos → mayores pérdidas por corrosión. Corrosión acelerada por un fluido Ruptura de tubería de central térmica. Vapor a T, P y velocidad elevada. La tubería, de acero, redujo su espesor de 10 a 1,5 mm. Corrosión-cavitación Rotor de hierro de una bomba Corrosión visible y corrosión invisible No todos los procesos de corrosión son visibles en una superficie. Pueden actuar desde el interior del material. Corrosión base acero farola. Caída de la farola Corrosión visible de una tubería debido a la acción del viento. Inesperada. de Cu. Esperada. ALGUNAS CUESTIONES SOBRE CORROSIÓN 1. Todos los materiales se corroen, aunque algunos más que otros. 2. Los mecanismos de corrosion no son los mismos. Dependen del tipo de material.  Corrosión metálica Plata+aire Cobre+aire Cobre+agua mar Bronce (Cu+Sn)+aire Plomo+agua Plomo+aceite Corrosión cerámicos Cemento+atmósfera granito+bacterias arenisca+ atmósfera Caliza+agua Corrosión plásticos PE biodegradable en proceso de corrosión por la atmósfera Plástico decolorado e hinchado por acción de ciclos de frío-calor, exposición a la luz solar y líquidos de frenos. Luz de sol Descomposición fotoquímica de un plato de plástico a) Sin plato d) 60-120 días b) 1er día e) 90-150 días c) 30-90 días f) 6-12 meses Temperatura ¿Por qué se corroen los materiales? Requiere E los materiales en estado natural están corroídos, mezclados con otras sustancias. Obtenerlos en estado puro requiere energía. Libera E Cuando el material se corroe vuelve al estado natural liberando energía. La corrosión supone una anulación de los procesos de tratamiento y formado de materiales. Cuanto más difícil es extraer un metal, más susceptible es a una degradación por corrosión ALGUNOS EJEMPLOS CONCRETOS EN LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN – Cloruros, CO2 y oxígeno en hormigón armado penetran disueltos en el agua y se distribuyen por la red de poros CaCO3 CO2 reacciona con un componente del hormigón,(Ca(OH)2), formando CaCO3 y hace disminuir el pH, lo cual corroe al acero y modifica las propiedades del cemento.  Sulfatos (SO42-) en hormigón: etringita (cristales en forma de agujas) causan un aumento de volumen del hormigón y se produce fisuración  Corrosión de metales Degradación de polímeros Protección frente a la corrosión 1. Elegir el material adecuado 2. Diseñar el material de modo adecuado 3. Utilizar métodos de protección 1. Elegir el material adecuado depende de su función y del entorno en el cual se está aplicando dicho material. Hierro Titanio 2. Diseñar el material de modo adecuado 1. Impedir formación de celdas galvánicas: dos metales cuyo comportamiento frente a la corrosión es muy diferente. Unión de materiales con un racor de polímeros  2. Diseñar el material de modo adecuado Hacer que el área del metal que se oxida sea mucho mayor que la del metal que se reduce que no se oxida. Remaches acero, barra Cu Remaches Cu, barra acero inicio 6 meses 2. Diseñar el material de modo adecuado Evitar hendiduras en materiales ensamblados o unidos La soldadura y las uniones adhesivas puede ser una mejor técnica de unión que los remaches y tornillos 3. Utilizar métodos de protección: 3.1. Recubrimientos 1. Pinturas 2. Recubrimientos metálicos 3. Recubrimientos óxidos metálicos Pintura Niquelado Anodizado 3.2 Protección catódica El material que se quiere proteger, se conecta a otro que se va a corroer con mayor facilidad (ánodo de sacrificio) (Mg, Zn). Es un método muy utilizado para proteger tuberías enterradas. Tubería de acero de 3mm de espesor: sin protección 2,5 años. con protección: 250 años. Protección de una estructura en agua de mar 3.3. Inhibidores Sustancias que, añadidas al medio en pequeñas concentraciones, provocan un descenso de la velocidad de corrosión. Forman películas finas sobre la superficie de los materiales. Protegen de modo temporal Tema 6. Polímeros Los POLIMEROS son sustancias, generalmente orgánicas, de origen natural o artificial de alto peso molecular, que están formadas por la unión de moléculas de bajo peso molecular, denominadas MONÓMEROS. El número de monómeros en un polímero puede llegar a ser del orden de miles o millones Polimerización: Proceso por el que un monómero se convierte en un polímero 1 GRADO DE POLIMERIZACIÓN nº de unidades que se repiten en una cadena En los polímeros reales, n no es igual para todas las cadenas y se habla de un grado de polimerización promedio. Mayor n, mayor resistencia mecánica y mayor viscosidad del polímero (procesado más difícil) 2  PROPIEDADES – Físicas BajasTf Aislantes térmicos y eléctricos Altos coeficientes de dilatación – Mecánicas Más dúctiles que metales Baja resistencia a tracción Baja tenacidad – Químicas Estables frente a medios agresivos Homopolímeros Todos los monómeros que los constituyen son iguales Copolímeros Están formados por 2 o más monómeros diferentes 4  Estructura polímeros Lineal: Se repite siempre el mismo tipo de unión de forma lineal (termoplásticos) Ramificado: Con cadenas laterales unidas a la principal. Mayor grado de ramificación, polímeros más resistentes y viscosos (termoplásticos) Entrecruzado: se forman enlaces entre cadenas vecinas (termoestables (muy entrecruzados) y elastómeros (ligeramente entrecruzados)). Mayor grado de entrecruzamiento, mayor rigidez 5 En función de sus propiedades mecánicas y térmicas, los polímeros se clasifican en: Termoplásticos: cadenas más o menos lineales (pueden presentar un cierto grado de ramificación) y flexibles interaccionando mediante fuerzas de Van der Waals. Funden sin descomposición. Se pueden someter a ciclos de calentamiento y enfriamiento repetidos sin degradar el polímero. Termoestables: cadena muy reticuladas unidas mediante enlaces covalentes. Polímeros rígidos. Son resistentes y frágiles. Se endurecen al calentarlos Elastómeros: cadenas muy flexibles con cierto grado de entrecruzamiento. Se deforman de modo elástico sin alcanzar cambios permanentes de forma al eliminar la causa que origina la deformación. Son elásticos.  COMPORTAMIENTO MECÁNICO  (a) (b) (c)  (a) termoestables; (b) termoplásticos; (c) elastómero En función de la orientación espacial de las cadenas, los polímeros pueden ser: AMORFOS: desordenados CRISTALINOS: ordenados SEMICRISTALINOS: con partes desordenadas y con partes ordenadas (esferulitas en una matriz amorfa) Termoplásticos: pueden presentar un cierto grado de cristalinidad. Termoestables y elastómeros: son amorfos. Grado de cristalinidad y propiedades Si el grado de cristalinidad aumenta – Aumenta la densidad – Aumentan la rigidez, resistencia. – Aumenta la resistencia térmica – Si el polímero es transparente en estado amorfo, se vuelve opaco en estado semicristalino 10 PE baja densidad vs. PE alta densidad Baja Alta densidad densidad Grado 55% 92% cristalinidad Densidad 0.92 0.96 Módulo de 140 MPa 700 MPa elasticidad Temperatura 115C 135C de fusión 11 Temperatura de transición vítrea (Tg) Es aquella a al cual el polímero se endurece como sólido amorfo. El polímero adquiere una estructura vítrea. Al descender la temperatura por debajo de la de su Tg, el polímero se hace cada vez más quebradizo. Si la temperatura aumenta por encima de Tg, el polímero adopta un aspecto de goma. Propiedades térmicas de polímeros: temperatura de transición vítrea 2. En un material amorfo, a Tg, hay un Tg: temperatura a la cambio en la cual el polímero se pendiente de la transforma en un curva del volumen sólido vítreo (amorfo) Líquido específico frente a la temperatura Estado de goma 1. En el enfriamiento de un material Estado vítreo cristalino hay un cambio brusco en el volumen al pasar por el punto de fusión Estado cristalino 13 Polímeros en la construcción Carpintería aislamiento Revestimiento para suelos  cubiertas Pantallas acústicas o de protección Tuberías Aislamiento eléctrico -Son compuestos formados por elementos metálicos y no metálicos con enlaces predominantemente iónicos y elevadas T de fusión -Suelen ser frágiles, duros y con baja tenacidad y ductilidad - Muy sensibles a los cambios de T (choque térmico) -Son cristalinos a escala atómica aunque pueden obtenerse en forma no cristalina mediante técnicas bastante sencillas (vidrios). Son aislantes térmicos y eléctricos. -Los cerámicos incluyen compuestos tan variados como la porcelana, ladrillos, vidrios, cementos,... Estructuras cerámicas Los cerámicos son compuestos iónicos o parcialmente iónicos, constituidos de cationes metálicos y aniones no metálicos. Están formados al menos por dos componentes y suelen presentar estructuras cristalinas bastante complejas. Se obtienen estructuras estables cuando los cationes (aniones) están completamente rodeados de aniones (cationes). Clasificación Cerámicos tradicionales: ladrillos, cemento, tejas. Nuevos cerámicos: óxidos y carburos, con propiedades superiores comparadas con las de los tradicionales. Vidrios: basados en la sílice y con estructura amorfa. CERAMICOS TRADICIONALES Silicatos, sílice y alúmina Los silicatos son los componentes El dióxido de silicio es un compuesto de más importantes de las rocas y, por silicio y oxígeno, llamado comúnmente consiguiente, de la corteza sílice. Este compuesto ordenado terrestre. Están formados por espacialmente y forma el cuarzo y todas silicio, oxígeno y otros metales. sus variedades. La alúmina es el óxido de aluminio. Nuevos cerámicos Son un tipo especial de cerámicos constituidos típicamente por compuestos tales como:  Al2O3  SiC  Si3N4 Se obtienen en el laboratorio. CERÁMICOS AMORFOS: VIDRIOS – Unidad básica: SiO4 - T de fusión muy elevadas - Muy viscosos - Modificadores PRODUCTOS DE VIDRIO Y SUS ADITIVOS Vidrio en la construcción HORMIGÓN CONVECIONAL Hormigón convencional: material compuesto formado por la mezcla de áridos, un aglomerante y agua: Árido: material granulado de gran resistencia mecánica y química (arena, grava y gravilla). Aglomerante: cemento (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos), que actúa como aglomerante tras su mezclado con agua. fraguado Producto granulado obtenido por calcinación de caliza y arcilla, y utilizado en la fabricación de cementos El cemento se obtiene tras la mezcla de clínker, yeso y aditivos (cambiar viscosidad o variar el tiempo de fraguado) que se dosifican según el uso que vaya a tener el cemento. HORMIGÓN POLIMÉRICO Hormigón polimérico: hormigón convencional en el que una parte o todo el cemento se ha sustituido con polímeros para mejorar el comportamiento físico y mecánico. Polímeros más usados: poliestireno, epoxi, poliéster y polimetilmetacrilato  PROPIEDADES DEL HORMIGÓN POLIMÉRICO Excelente resistencia mecánica en tracción y compresión Producción de elementos ligeros Gran resistencia a los agentes corrosivos y a la radiación UV (poco permeable) La absorción del agua en el material es prácticamente nula; menos del 0,5%. Resiste muy bien los ciclos hielo-deshielo: (el hormigón convencional es muy poroso) Superficie lisa no porosa: se evita el riesgo de fermentación y desarrollo bacteriano Alta estabilidad dimensional Buena absorción de vibraciones Facilidad para dar color a la masa Gran resistencia al impacto Metales y aleaciones Hierro y aceros. Diagrama de fase de aceros Tratamientos térmicos Diagramas temperatura, tiempo,transformación Aceros de baja y alta aleación. Fundiciones. Otros metales: Mg. Ti, Al, Cu. Aleaciones no ferrosas. Metales y aleaciones -Enlace metálico. -Estructura cristalina ordenada. -Debido a la movilidad de los electrones: Conductividad eléctrica elevada Conductividad térmica elevada -Gran plasticidad (deformación permanente) -Brillantes: reflejan la luz -Gran capacidad de aleación Hierro y aceros. Metal de transición. Su estructura cristalina depende de la T. 912ºC 1394ºC 1538ºC a-Fe g Fe d Fe Fe l BCC FCC BCC ferrita a austenita ferrita d Sistema Fe-C: aceros y fundiciones C soluto intersticial en Fe: -Fe a poca solubilidad (máximo 0,022% a 727ºC). -Se forma cementita cuando se excede el límite de solubilidad del C en Fe. Es dura y frágil y aumenta la resistencia de algunos aceros. Tratamientos térmicos Recocido ◊ Calentamiento a 800-950ºC y enfriamiento lento dentro de un horno. ◊ El acero recocido pierde dureza, y gana en flexibilidad eliminando tensiones. Normalizado ◊ Calentamiento a 800-950ºC y enfriamiento al aire (más rápidamente que en un recocido). ◊ Este enfriamiento más rápido produce acero con mayor resistencia mecánica. TEMPLADO: FORMACIÓN DE MARTENSITA ◊ Calentamiento del acero a temperaturas superiores a 900-950ºC para obtener una estructura austenítica. ◊ Enfriamiento rápido con agua, aceite, gases, etc. hasta una temperatura próxima a la ambiental para lograr una estructura martensítica ◊ Se logran aceros de gran dureza ◊ La templabilidad es un término utilizado para describir la aptitud de una aleación para endurecerse hasta una determinada profundidad por formación de martensita. ENSAYO JOMINY Permite determinar la templabilidad de un acero. 1. Probeta austenizada a una temperatura determinada y durante un tiempo. 2. Uno de sus extremos se templa con un chorro de agua con una velocidad de flujo y a una temperatura especificada (velocidad de enfriamiento máximo en extremo templado y disminuye a lo largo de la probeta). 3. Después de enfriamiento se determina la dureza de la probeta en diferentes puntos a lo largo de la misma. 4. Se traza una curva de templabilidad representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado. Propiedades mecánicas y tratamientos térmicos Tratamientos superficiales termoquímicos Cementación y nitruración Se parte de un acero con bajo contenido en C y se rodea éste de una atmósfera con alto contenido en C. La capa superficial se enriquece en este elemento y se obtiene un material muy duro y resistente. El espesor de la superficie endurecida se incrementa al aumentar la T o el tiempo de carburizado. El N proporciona un efecto de endurecimiento similar. El acero se rodea de una atmósfera gaseosa que contenga N.  ALEACIONES Aleaciones Férreas No férreas Aceros Fundiciones Baja aleación Alta aleación Gris Dúctil Blanca Maleable Aleaciones férreas - Componente principal es el Fe. - Son las más utilizadas. - Principales inconvenientes: - densidades elevadas. - gran susceptibilidad a la corrosión. La más importante: Aceros: aleaciones basadas en el sistema Fe-C (C