Resumen de Corrosión PDF

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Resumencorrosion.pdf user_1736563 Tecnología de Materiales 4º Grado en Ingeniería Química Facultad de Ciencias Químicas Universidad de Salamanca Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  CORROSIÓN EN MEDIOS NATURALES 1. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA Corrosión que sufren los metales en contacto con el medio ambiente (más típica). Interviene un mecanismo electroquímico. Es una corrosión uniforme en la que intervienen dos variables: - ESPESOR DE LA PELÍCULA HÚMEDA: La curva tiene tres zonas, cuando el espesor es pequeño (poca corrosión), espesor óptimo (máxima corrosión) y una zona de espesor de inmersión donde hay poca corrosión. - CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS: Iones cloruro, compuestos de azufre que provocan la rotura de la película protectora modificando el pH. 2. CORROSIÓN MARINA Se basa en el mecanismo electroquímico, el agua marina es abrasiva debido a una alta conductividad, presencia de cloruros y una alta de solubilidad de O2. Solo existe una variable que afecte a la corrosión marina: - PROFUNDIDAD: o ZONA 1: Corrosión atmosférica o ZONA 2: Máxima concentración de oxígeno y por ello máxima corrosión. o ZONA 3: Disminución del oxígeno debido a la materia orgánica. o ZONA 4: La materia orgánica disminuye, la corrosión aumenta porque comienza a haber más oxígeno. o ZONA 5: La corrosión disminuye debido a que en estas profundidades existe poca solubilidad de oxígeno. 3. CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA Los microorganismos modifican la interfase metal-medio. Los parámetros que pueden influir son la aparición de iones con azufre que acidifican el medio y el favorecimiento de la aparición de pilas de aireación diferencial. 4. CORROSIÓN EN MATERIALES ENTERRADOS El suelo es un medio heterogéneo, con humedad, aire e iones. Los parámetros que afectan a este tipo de corrosión son el agua, el grado de aireación, el pH y la resistividad del suelo (una mayor resistividad reduce la corrosión al bloquear el flujo de iones y electrones). CORROSIÓN CATASTRÓFICA POR SALES FUNDIDAS Se produce cuando una sal o mezcla de sales se depositan en forma de cenizas. Al superar la temperatura de fusión de la sal, esta se funde y forma un electrolito líquido. Al encontrarnos en altas temperaturas existe corrosión electroquímica y corrosión seca (donde no exista electrolito). Las etapas de este tipo de corrosión son las siguientes: - ETAPA DE INICIACIÓN: Las cenizas se depositan y forman una capa compacta. Depende de la composición, temperatura, atmósfera y cantidad de las sales depositadas. - ETAPA DE PROPAGACIÓN: Una vez que comienza sigue un mecanismo electroquímico ayudado por las altas temperaturas y la heterogeneidad del medio. CORROSIÓN INTERGRANULAR 1 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-8431450 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Es el ataque selectivo en los límites de grano en aleaciones del tipo Fe-Cr o Ni-Cr. CLASIFICACIÓN SEGÚNLA MORFOLOGÍA DE ATAQUE 1. CORROSIÓN POR PICADURA (PITTING) El área afectada por este tipo de corrosión es muy pequeña y presenta una relación L/D muy pequeña. Suele estar en torno al 1% del área del material y puede llegar a atravesar el espesor del metal. Estos ataques son favorecidos por heterogeneidades en el material (borde de grano o dislocación) o en el electrolíto. En el caso de que no existan heterogeneidades y el metal presente una capa pasiva, se deberá a la presencia de aniones Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. agresivos. El mecanismo de progresión de la corrosión por picadura es el siguiente: El agujero formado por la corrosión por picadura, en ocasiones (bastante común) está protegido por una capa de óxido que actúa como aislante del medio externo. Este óxido es atacado por iones de Cl- que rompe esa capa formando cationes de Fe2+ que a su vez se reducen con el agua y forman protones H+. Estos protones quedan dentro del agujero formando una mini atmósfera con carácter ácido que favorece la progresión de la corrosión hacia el interior del material. 2. CORROSIÓN EN RESQUICIO Se produce al aparecer solapamientos, resquicios, grietas, haciendo que aparezcan heterogeneidades como pilas de aireación diferencial. La parte con menor concentración de oxígeno actúa como ánodo y la contraria como cátodo de dicha pila. En el caso de que aparezca corrosión bajo una capa orgánica, se denomina CORROSIÓN FILIFORME. (Ejemplo de las pinturas) ACCIÓN CONJUNTA DE FACTORES ELECTROQUÍMICOS Y MECÁNICOS ❖ RELACIONADOS CON EFECTOS MECÁNICOS 1. CORROSIÓN FRICCIÓN La película protectora del metal se levanta debido a la fricción de dos piezas (sólidas). Esta capa actúa como capa pasivante y una vez se elimina se produce la corrosión electroquímica. Se evita en algunos casos con el uso de lubricantes. 2. CORROSIÓN EROSIÓN En este caso se produce un desprendimiento de las capas protectoras del material debido a una alta velocidad del fluido en contacto con el mismo. Para evitar este problema, se mitigan los cambios bruscos en la dirección de tuberías y diseñar con el diámetro correcto. Contacto de sólido con fluido. 3. CORROSIÓN CAVITACIÓN Se produce al ocurrir una disminución de la presión en un régimen turbulento haciendo que parte del fluido pase a fase vapor, acto seguido, esa burbuja recupera su presión normal e implosiona, provocando que la película alrededor suyo adquiera gran velocidad, chocando contra las superficies metálicas. Contacto de sólido con gas. ❖ RELACIONADAS CON TENSIONES 1. CORROSIÓN TENSIÓN Consiste en la aparición de una grieta situada en dirección normal a la aplicación de la tensión. La grieta presenta ramificaciones que se deben a la no deformación del material. Para que se cumpla este tipo de corrosión, debe haber una tensión superior a una tensión umbral, el material debe ser susceptible al agrietamiento y debe estar en contacto con un medio agresivo. Las etapas de este tipo de corrosión son las siguientes: - ETAPA DE INCUBACIÓN: Aparición de la cavidad inicial por la aparición de una picadura, levantamiento de la capa pasiva o de una dislocación. - ETAPA DE PROGRESO: La tensión no se distribuye de manera homogénea haciendo que se concentre en una grieta. 2. CORROSIÓN POR FATIGA 2 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-8431450 Elimina la publicidad de este documento con 1 coin  Ocurre al estar sometido a una tensión cíclica, ya sea golpes o cambios térmicos. Se van a observar grietas lineales, sin ramificaciones. La rotura provocada produce una deformación del material. CORROSIÓN GALVÁNICA Sucede al estar en contacto dos metales y un medio agresivo, uno de estos dos metales presenta una mayor velocidad de corrosión que el otro. ¿CUÁL SE CORROE ANTES? Viene dado por los potenciales de reducción. TÉCNICAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 1. PROTECCIÓN CATÓDICA Consiste en el uso de ánodos de sacrificio, es un metal que se conecta a una estructura para que actúe como ánodo y se oxide, tiene que ser un metal más electronegativo que aquel que queremos proteger. VENTAJAS: Se instala fácilmente, tiene un mantenimiento básico y no es necesario una fuente de corriente. DESVENTAJAS: Necesita el reemplazo periódico y aumenta el peso de la estructura. 2. PROTECCIÓN ANÓDICA Se emplea únicamente en materiales pasivables. Consiste en la formación de una película pasiva mediante el paso de una corriente eléctrica. Se suele emplear en tanques y no vale para el almacenamiento de haluros. DESVENTAJAS: Es muy caro ya que necesita estar muy controlado el potencial. El uso fuera de rango (potencial) puede aumentar mucho la corrosión y obtener el efecto opuesto al deseado. 3. RECUBRIMIENTOS Es la forma más habitual de proteger la corrosión y su principal función es aislar el material del medio agresivo. Pueden ser de tres tipos: - METÁLICOS: Al Cd Zn Cr - NO METÁLICOS: o INORGÁNICOS: Fosfatos, no protegen de la corrosión, pero favorecen el recubrimiento externo. o ORGÁNICOS: Tienen que ser impermeable y que provoque cierta inhibición (pinturas con pigmentos metálicos). 4. INHIBIDORES Son productos químicos que reaccionan ya sea con la superficie o con el medio. Reducen la corrosión aumentando la polarización, reduciendo el movimiento de iones o aumentando la resistencia eléctrica. 5. ALEACIONES - ALEACIONES Fe Cr Ni: Mínimo un 12 % de Cr para formar aceros inoxidables. - ALEACIONES DE Cu: Latón (Cu, Zn) y Bronce (Cu, Sn) - OTRAS ALEACIONES: Al Mg Ti CORROSIÓN A ALTA TEMPERATURA O SECA Las principales características que definen a este tipo de corrosión son: - No existe película líquida y por ello no hay electrolito. - La temperatura en este caso es superior a 100 0C. - Es un ataque generalizado. - El producto suele ser un óxido que se forma sobre la superficie metálica. - Los electrones e iones circulan a través de la capa de óxido. 3 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-8431450 Elimina la publicidad de este documento con 1 coin  MECANISMO En la interfase metal óxido se produce la oxidación del metal. A continuación, hay un tránsito de electrones a través de la película metal óxido a la interfase óxido atmósfera. En la interfase se produce la reducción del oxígeno ambiental, anión oxígeno circula desde la interfase atmósfera óxido hacia la interfase óxido metal. Entran en contacto el metal con el anión y se forma el óxido correspondiente. CINÉTICA Esta cinética se relaciona con la formación del óxido no con la velocidad de corrosión. Puede haber tres tipos de cinética en corrosión a alta temperatura: PARABÓLICO, LINEAL Y LOGARÍTMICO. Al representar estos comportamientos de forma gráfica, si se aprecia una tendencia asintótica significa que el metal ha pasivado y si presenta pendiente negativa, quiere decir que el óxido se ha evaporado. ÍNDICE DE PILLING Y BEDWORTH Se emplea para determinar la capacidad protectora de una película de óxido. ¡Solo se emplea en corrosión seca SOLO!!! - Si R < 1 el volumen del óxido formado es insuficiente. - Si R > 1 buena compresión y el óxido es protector. - Si R >>> 1 superior a 2’5 o 3 el óxido tiene mucho volumen y no es protector. PROBLEMAS DERIVADOS DE LA CORROSIÓN A ALTA TEMPERATURA El problema no es la oxidación del metal, los problemas vienen cuando no se forman los óxidos que forman la película protectora, debido a la contaminación de las atmósferas. Un ejemplo de este problema son las sulfuraciones que se relacionan con la presencia de compuestos de S. TIPOS DE ATMÓSFERAS - MEZCLAS DE H2 CON H2S: [250 – 300 0C]: - MEZCLAS DE H2 H2O CO2 CO Y H2S: El agua y el CO2 disminuye la velocidad de sulfuración. - ATMÓSFERAS CON SO2: Aumenta la corrosión en presencia de SO2. - PRESENCIA DE CO Y CH4 [ MÁS DE 800 0C]: Se favorece la carburización haciendo que reaccionen con metales y formando carburos en los límites de grano. - PRESENCIA DE AMONÍACOS: Al igual que en el caso anterior se forman compuestos nitrificados debilitando la microestructura. - ATMÓSFERAS CON HALÓGENOS GASEOSOS: Intervienen en las películas protectoras, entran en la película pasivas y las rompen. CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA Es un tipo de corrosión que se debe a la actuación de pilas electroquímicas en las que el metal sufre la disolución en las regiones anódicas. Sus características principales son: - La presencia de electrolito. - Una temperatura moderada (máx. 100-150 0C). - Donde los electrones van desde el ánodo hasta el cátodo. - Los iones pasan a través del electrolito. - Los productos habituales son hidróxidos. 4 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-8431450 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  ECUACIÓN DE GIBBS Sirve para saber si es un proceso espontáneo o no Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ECUACIÓN DE NERST Hay que tener cuidado ya que en el caso de trabajar en Q con gases tenemos que utilizar fugacidades que equivales a presiones parciales. DIAGRAMAS DE POURBAIX Se utilizan para ayudar en la predicción de los estados más estables de un metal, sus productos de corrosión y sus iones asociados en disolución acuosa. Importante: - LÍNEA HORIZONTAL: Reacción que depende únicamente de E. - LÍNEA VERTICAL: Reacción que depende únicamente del pH. - LÍNEAS OBLÍCUAS: Combinación de las anteriores. En el diagrama de Pourbaix, se va a representar siempre la descomposición del medio (más común el agua). Si la fase termodinámicamente estable es el metal hablamos de inmunidad. Si el catión soluble del metal es la fase termodinámicamente estable hablamos de corrosión. Si el anión complejo soluble en medio alcalino es la fase termodinámicamente estable hablamos de corrosión alcalina. Si el compuesto sólido del metal es un óxido e hidróxidos hablamos de pasivación. HETEROGENEIDADES Se van a registrar distintos valores de potenciales dependiendo de la zona del metal debido a heterogeneidades en la estructura. - HETEROGENEIDADES DEL METAL: o LÍMITES DE GRANO: Cuando un átomo puede abandonar la red cristalina de manera más fácil, haciendo que aparezca una región anódica. o DISLOCACIONES: Se origina al aplicar un esfuerzo mecánico haciendo que los planos del material se deformen, haciendo que al tener menor fuerza de enlace los átomos puedan abandonar la red cristalina y por ello es más sencillo que aparezca una región anódica. - HETEROGENEIDADES DE LAS CONDICIONES FÍSICAS: o TEMPERATURA: Las zonas más calientes tienen mayor facilidad para comportarse como zonas anódicas. - HETEROGENEIDADES DEL MEDIO: o PILAS DE CONCENTRACIÓN SALINA: Las zonas más concentradas van a actuar como cátodo mientras que las más diluidas se produce corrosión. 5 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-8431450 Elimina la publicidad de este documento con 1 coin  o PILAS DE AIREACIÓN DIFERENCIAL: Al tener zonas con diferente concentración de oxígeno o presión parcial, tenemos zonas con diferentes potenciales. La zona con el potencial menor sería el ánodo, el cual se corroe. CINÉTICA La velocidad de corrosión depende de la intensidad de la corriente, aquí aparece el concepto de corriente de intercambio, que es una característica fundamental del comportamiento de los electrodos. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - POLARIZACIÓN: Se define como el cambio de potencial de equilibrio de electrodos debido a alteraciones del flujo. Su magnitud se mide en términos de sobrepotencial. Los electrodos pueden polarizarse por la aplicación de un voltaje externo o por la producción espontanea de un voltaje. Un sistema polarizado implica que la pendiente sea mayor, haciendo que la intensidad sea menor, consiguiendo una menor corrosión. - CURVAS DE POLARIZACIÓN: Ya sea catódica (descendente) o anódica (ascendente), vamos a diferenciar 3 regiones. o REGIÓN DE ACTIVACIÓN: Es la zona que está relacionada con la energía de activación necesaria para que ocurra la región electroquímica. o REGIÓN DE CONCENTRACIÓN: Representa cambios en el potencial debido a modificaciones en la concentración de la superficie y también debido a la difusión a través de la capa límite. o REGIÓN DE RESISTENCIA: No siempre aparece y se debe a la aparición de una resistencia. - DIAGRAMA DE EVANS: Si se conocen las curvas de polarización se podría estudiar las diferentes variables que afectan a estas curvas. Las características de estos diagramas son: o CONTROL CATÓDICO: La curva con mayor pendiente es la catódica. o CONTROL ANÓDICO: La curva con mayor pendiente es la anódica. o CONTROL MIXTO: Ambas curvas presentan la misma pendiente. o CONTROL POR RESISTENCIA: Se introduce una resistencia y el potencial de corrosión no depende del ánodo ni del cátodo. - VARIABLES QUE AFECTAN A LA CURVA DE POLARIZACIÓN CATÓDICA: o VELOCIDAD DEL ELECTROLITO: Si aumenta la velocidad del electrolito la zona de polarización se desplaza hacia la derecha, aumentando así la velocidad de corrosión. Esto quiere decir que el cátodo se está despolarizando. o TEMPERATURA: La solubilidad del oxígeno varía con la temperatura en principio aumenta con la T y posteriormente disminuye. Nuevamente el sistema se despolariza y aumenta la corrosión. o CONCENTRACIÓN DE SALES: Al añadir sales aumenta la solubilidad del oxígeno haciendo que se despolarice. o REACCIÓN ÁREA CÁTODO / ÁREA ÁNODO: Si se aumenta la superficie catódica frente la anódica quiere decir que llega mayor cantidad de oxidante y por ello la velocidad de corrosión aumenta. - VARIABLES QUE AFECTAN A LA CURVA DE POLARIZACIÓN ÁNODICA: o PH: Pues claro a más pH, estamos en la parte izquierda, se desplaza hacia la izquierda y tenemos mayor corrosión (0-5). PASIVACIÓN Es una propiedad que presentan determinados metales y aleaciones con la cual permanecen inertes en determinados medios, mediante el recubrimiento con capas de óxido. MECANISMO 6 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-8431450 Elimina la publicidad de este documento con 1 coin  Formación de una capa de productos oxidados de pequeño espesor, compacta, adherente y de baja porosidad. Esa película se desprende y se deja al aire, esos óxidos se pueden producir debido a la reacción entre los hidróxidos derivados de la reacción electroquímica. ¡¡ ÚNICA Y EXCLISIVAMENTE SE PASIVA EL ÁNODO!! VARIABLES QUE AFECTAN A LA PASIVACIÓN o APARICIÓN DE PROTONES: Se produce un aumento de la densidad de corriente máxima, aumentando la curva hacia la derecha. o APARICIÓN DE CLORUROS: Se produce un aumento de potencial de pasivación, por lo que el rango de potenciales de pasivación disminuye. o AUMENTO DE T: Aumenta la densidad de corriente residual, aumentando la velocidad de corrosión. 7 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-8431450 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.