CORROSIÓN
Lilia JimenezEnsayo12 de Septiembre de 2020
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Objetivos:
- Conocer el fenómeno de corrosión y las reacciones que la aplican.
- Conocer el fenómeno de protección catódica y anódica.
- Aplicaciones y beneficios en la industria.
Introducción
El fenómeno de corrosión consiste en el proceso de deterioro de materiales metálicos mediante reacciones químicas y electroquímicas, debido a que estos materiales buscan alcanzar un estado de menor potencial energético. [pic 1]
La corrosión tiene muchas repercusiones en aspectos como la economía, seguridad y de conservación de materiales, por lo que su estudio y la reducción de estos efectos es de suma importancia.
En este proyecto hablaremos acerca de algunos tipos de corrosión que se pueden observar comúnmente, algunos factores que influencia al proceso de corrosión y su velocidad, y algunos tipos de métodos para el control de la corrosión y la protección de materiales ante este fenómeno.
Corrosión
El fenómeno de corrosión se define habitualmente como el deterioro existente en los materiales a causa de alguna reacción química con el medio ambiente en el cual son utilizados, es decir, la corrosión es un termino que se utiliza para describir el proceso de deterioro de materiales, que en la mayoría de los casos se presenta en materiales metálicos (estos incluyen tanto metales puro, como las aleaciones existentes de estos) por medio de reacciones químicas y electroquímicas.
Se conoce como degradación cuando este deterioro esta relacionados con otro tipo de materiales, como, por ejemplo, polímeros y cerámicos.
La corrosión es la destrucción lenta y progresiva de un material producida por un agente exterior que puede ser, por ejemplo, aire húmedo, algún producto químico, etc.
Este fenómeno no siempre involucra un cambio de peso e incluso un deterioro visible, ya que se manifiesta de muchas formas, por el cambio que ocasione en las propiedades de los materiales, lo cual siempre termina por disminuir la resistencia del material.[pic 2]
Como ya mencionamos, esta ocurre en materiales metálicos, los cuales son obtenidos a través de un proceso de minerales y menas, , induciéndolos a un estado de mayor energía, modificando u alterando la estructura de los elementos de la naturaleza.
El fenómeno de corrosión ocurre debido a que estos materiales a medida que transcurre el tiempo, tratan de alcanzar su estado natural, el cual constituye un estado energético de menor potencial, lo cual les permite que logren estabilizarse termodinámicamente.
Un ejemplo de esto podría ser el hierro, este se encuentra en la naturaleza en forma de óxidos, sulfuros y carbonatos, semejantes a la herrumbre, para convertir estos en hierro metálico, se emplea energía y esta misma energía es la que se libera cuando el hierro se convierte en herrumbre debido a la corrosión, es decir, es la energía que almacena el metal durante el proceso de refinación, lo que hace posible el fenómeno de corrosión.[pic 3]
[pic 4]
Tipos de corrosión
El ánodo cede electrones al sistema cuando reacciona, aumentando su número de oxidación, cambiando de su estado metálico base a cationes que se disuelven en el electrolito, siendo este el material que se sufre el fenómeno de corrosión; mientras que, en el cátodo, los aniones metálicos absorben electrones, disminuyendo su número de oxidación, por lo que cambian a su estado base. El potencial electroquímico define la susceptibilidad o la resistencia de un material metálico a la corrosión, cuyo valor cambia en dependencia de la composición del electrolito. Cuanto más positivo sea el valor de dicho potencial, más noble (resistente) es el material. Mientras que, en el caso contrario, cuanto más negativo sea este, más reactivo es el material a la corrosión. La serie galvánica consiste es una tabla donde se ubican diferentes tipos de materiales respecto al potencial electroquímico de estos.
Reacción de corrosión
Generalmente el fenómeno de corrosión es un proceso electroquímico, la oxidación del metal y la reducción del agente corrosivo se produce en zonas distintas sobre la superficie del material metálico. Estamos hablando de un mecanismo de reacciones redox
- En el ánodo: M° → Mn + ne¯ (Oxidación)
- En el cátodo: M° + ne¯ → M° (Reducción)
Este mecanismo de reacciones funciona de la siguiente manera:
[pic 5]
A continuación, se muestra un ejemplo.
[pic 6]
Es interés primordial de las reacciones de corrosión, es el conocer la velocidad a la cual se desarrollan las reacciones catódicas y anódicas que puede ser determinada por varios métodos físicos y químicos. Cuando una reacción electroquímica se retarda, se dice que esta polarizada y hay dos tipos diferentes de polarización que son: polarización de activación y polarización por concentración.
La polarización por activación se refiere a aquellos factores retardadores de la reacción que son inherentes a la reacción misma como, por ejemplo, la velocidad a la cual los iones hidrógeno se reducen a gas hidrógeno. La polarización por activación, es función de varios factores que incluyen la velocidad de transporte del electrón al ion hidrógeno en la superficie metálica, que naturalmente es inherente de un metal en especial y depende de la concentración de iones hidrógeno y de la temperatura del sistema, por lo que la velocidad de desprendimiento del hidrógeno es muy diferente para cada metal.
Por otra parte, la polarización por concentración se refiere al retardo de la reacción electroquímica como un resultado de los cambios de concentración en la solución adyacente a la superficie metálica. Si la reacción procede a muy alta velocidad y la concentración de iones hidrógeno de la solución es baja, se puede ver que la región cercana a la superficie metálica se agota en sus iones hidrógeno puesto que son consumidos en la reacción química. Bajo estas condiciones, la reacción es controlada por la velocidad de difusión de los iones hidrógeno a la superficie metálica.
La polarización por activación es generalmente el factor que controla la corrosión en ácidos fuertes, mientras que la polarización por concentración predomina cuando la concentración de las especies activas es baja.
Tipos de corrosión
Existen muchos tipos de procesos de corrosión diferentes que se caracterizan dependiendo tanto de la naturaleza del material y de las condiciones del medioambiente, donde se desarrollen. Una forma común de clasificar los tipos de corrosión, es mediante las siguientes cuatro categorías: corrosión generalizada, corrosión localizada, corrosión combinada con un fenómeno físico, y otros tipos.
Clasificaciones de los tipos de corrosion:
[pic 7]
NOMBRE | DESCRIPCIÓN |
Generalizada | También conocida como corrosión uniforme, ocurre sobre toda la superficie del material de forma homogénea, por lo cual el material se deteriora completamente. Este tipo de corrosión es el que mayor perdida provoca en los materiales, pero es fácil de predecir y controlar, por lo que los accidentes ocasionados por este tipo de corrosión son muy raros. La velocidad de corrosión es influenciada por la existencia de impurezas y fases distintas en el material metálico ya que estas provocan variaciones de energía potencial, formando electrodos a pequeña escala. |
Localizada | Este tipo de corrosión presenta un mayor riesgo potencial, debido a que es muy difícil detectar la zona específica en el material que a sufrido este proceso, influye la naturaleza del material, la geometría de este y las condiciones del medio en las que se encuentra. |
Galvánica | Esta ocurre cuando existe una unión física o eléctrica, entre metales de diferente naturaleza, los cuales, en presencia de un electrolito, forman una celda electroquímica, donde el material de menor potencial electroquímico es el que se corroe. Es importante considera que entre mayor sea la relación del ánodo respecto al cátodo, el proceso de corrosión ocurre con mayor velocidad. |
Por fisuras | Se produce en zonas estrechas donde la concentración de oxigeno es mucho menor que en el resto del sistema y cuyo efecto induce a que estas zonas de menor concentración de oxígeno actúen como un ánodo por lo que ocurre el proceso de corrosión en las fisuras. |
Por picaduras | conocida también como pitting se presenta en materiales pasivados, es decir, materiales que tienen una capa que evita una reacción entre el metal con un agente externo, debido a las características geométricas del material, existe una acumulación de agentes oxidantes y un incremento del pH del medio, por lo que ocurre el deterioro de la capa pasivada, permitiendo que la corrosión se desarrolle en estas zonas puntuales. |
Por cavitación | Ocurre en sistemas de transporte de líquidos, hechos de materiales pasivados (materiales con un recubrimiento que evita una reacción entre el metal con un agente externo), donde por cambios de presión en el sistema, se producen flujos turbulentos que forman burbujas de aire, las cuales implosionan contra el material del sistema, deteriorando la capa de pasivación, facilitando el desarrollo del proceso de corrosión, de forma similar a la corrosión por picaduras, cuya diferencia se observa, en que el efecto de la cavitación es de mayor tamaño. |
Microbiológica | Es un fenómeno que facilita el desarrollo de otros procesos de corrosión. Las bacterias son los microorganismos más influyentes en este caso, por lo que también es conocida como corrosión bacteriana y se produce en sistemas de transporte de líquido, facilitando la corrosión por picaduras. La naturaleza del líquido que se transporta en estos sistemas, propicia la acumulación y reproducción de bacterias, las cuales se aglomeran, y propician las condiciones, como variación en la concentración de sales y oxígeno, para que se desarrollen otros procesos de corrosión como el pitting. |
Erosión | Se observa en sistema de transportes de fluidos hechos con materiales pasivados, donde existen partículas de mayor dureza que la capa de pasivación. Estas partículas al estar en movimiento, erosionan la capa pasivada, permitiendo que el proceso de corrosión se desarrolle |
Tensión | Ocurre cuando en un material, sometido a esfuerzo de tensión, ya sea de forma interna o externa, se forman pequeñas fisuras, que dan inicio al proceso de corrosión. El material que permanece en ambos fenómenos, se deteriora con mayor rapidez, que, si estuviese bajo el efecto individual de cada uno, ya que la corrosión debilita el material, lo cual permite que la tensión tenga mayor impacto, fracturando en mayor medida el material, lo cual a su vez incita a que la corrosión se propague en un área mayor, y así, sucesivamente. |
Fatiga | Se desarrolla en materiales, sujetos a esfuerzos externos, similar al de tensión, con la diferencia de que estos esfuerzos son cíclicos o fluctuantes. De igual forma que con el proceso de tensión, el material se deteriora en mayor medida mediante la combinación de los dos fenómenos, comparado a cada uno por separado. |
Desaleación | Actúa sobre aleaciones metálicas, en donde uno de los elementos, de mayor afinidad con el oxígeno, se separa de la aleación y dejan una estructura porosa de pobres propiedades conformada por el resto de constituyentes. |
Filiforme | Se presenta en ambientes de alta humedad sobre materiales con recubrimientos orgánicos (pinturas), los cuales, al ser rayados, se induce el desarrollo de la corrosión, que se propaga como filamentos delgados. |
Oxidación | Se desarrolla en procesos de alta temperatura, en la presencia de algún gas oxidante. Las reacciones relacionadas son meramente químicas al no existir un electrolito de por medio, por lo que también se conoce como corrosión seca. Las moléculas del gas oxidante reaccionan con el material involucrado, donde, por efecto de la temperatura, el compuesto formado se difunde al interior del material, permitiendo que el proceso continúe, fragilizando el material. |
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