Corrosion

Corrosión

La corrosión es un fenómeno espontáneo que se presenta prácticamente en todos los materiales procesados por el hombre. Si bien existen varias definiciones, es común describir la corrosión como una oxidación acelerada y continua que desgasta, deteriora y que incluso puede afectar la integridad física de los objetos o estructuras. La industria de la corrosión, si por ello entendemos todos los recursos destinados a estudiarla y prevenirla, mueve anualmente miles de millones de dólares. Este fenómeno tiene implicaciones industriales muy importantes; la degradación de los materiales provoca interrupciones en actividades fabriles, pérdida de productos, contaminación ambiental, reducción en la eficiencia de los procesos, mantenimientos y sobre diseños costosos. Se estima que los gastos atribuidos a los daños por corrosión representan entre el 3 y el 5 por ciento del producto interno bruto de los países industrializados; solamente hablando del acero, de cada diez toneladas fabricadas por año se pierden dos y media por corrosión. Por esta razón, cada día se desarrollan nuevos recubrimientos, se mejoran los diseños de las estructuras, se crean nuevos materiales, se sintetizan mejores inhibidores, se optimizan los sistemas de monitoreo.

Todo esto en un esfuerzo permanente por minimizar el impacto negativo de la corrosión.

Todos los metales presentan una tendencia a perder electrones oxidarse cuantificada a través de su potencial de oxidación. Entre más alto sea este potencial se dice que el metal es más noble se oxida con mayor dificultad. La tabulación de la resistencia de los materiales metálicos a la corrosión se conoce como serie galvánica. Las series galvánicas son particulares al medio corrosivo por ejemplo, hay series galvánicas en solución salina, en solución ácida, etc, y son de gran utilidad a la hora de seleccionar un material para una aplicación específica.

Corrosión electroquímica

La corrosión es un fenómeno de naturaleza electroquímica que cumple con las características fundamentales de una pila o batería. Para que se forme una celda electroquímica, o celda de corrosión, se requiere la presencia de un material que cede electrones en contacto con otro que los acepta, y de un medio conductor de iones. El material que pierde electrones se conoce como ánodo y es el que experimenta la reacción de oxidación, mientras que el material que acepta los electrones se reduce y se le llama cátodo; el medio en el que se encuentran el ánodo y el cátodo y que permite el flujo de iones se conoce como electrolito. La oxidación, a pesar de la etimología de la palabra, no necesariamente involucra el oxígeno; la definición química es una pérdida de electrones.

Tipos de Corrosión

• Corrosión Generalizada

Este es el proceso corrosivo más común entre la mayoría de los metales y aleaciones, pero en el acero inoxidable es muy escaso. Se puede presentar cuando se utilizan ácidos minerales para la eliminación de incrustaciones salinas en industria láctea o cervecera. El ácido sulfúrico y clorhídrico puede generar deterioro superficial y generalizado a muy bajas concentraciones produciendo un deterioro de la superficie del acero.

• Corrosión por grietas o fisuras

Esta forma de corrosión se caracteriza por un intenso ataque localizado en grietas expuestas a agentes corrosivos como los compuestos clonados. Este proceso es normalmente asociado al estancamiento de pequeños volúmenes de solución causados por perforaciones en empaquetaduras, juntas labiales, defectos superficiales o grietas bajo pernos u otros elementos de sujeción.

• Corrosión por picaduras (Pitting)

La corrosión por pitting es la disolución localizada y acelerada de un metal, esto como resultado de la ruptura de la película de óxido. Muchas aleaciones como el acero inoxidable, son útiles solo porque producen en forma espontánea una película pasivado de óxido, la cual reduce en forma importante la tasa de corrosión. Sin embargo estas películas son a menudo susceptibles a la ruptura localizada, lo que da como resultado una acelerada disolución del metal. Si el ataque se inicia en una superficie abierta, se llama corrosión por picaduras (pitting corrosión). Esta forma de corrosión puede producir fallas estructurales en componentes por perforación y por debilitamiento.

• Corrosión bajo tensión (Stress Corrosion Cracking, SCC)

La corrosión por stress mecánico es otro tipo de corrosión localizada, se reconoce por la presencia de fracturas de la estructura metálica. La morfología de este tipo de corrosión es muy característica. En la superficie del metal se producen fisuras muy pequeñas de forma ramificada. La cantidad de ramificaciones tiene directa relación con la concentración del medio corrosivo y el nivel de tensiones del metal

• Corrosión intergranular

Aceros inoxidables austeníticos, como el AISI 304, contienen un porcentaje importante de carbono, el cual está en estado sólido a temperatura ambiente, por lo tanto desde el punto de vista termodinámico el acero inoxidable es estable ya que puede coexistir la solución sólida en fase austenítica del carbono, con el carburo de cromo.

Sin embargo, cuando el metal se somete a un tratamiento térmico sobre los 1000ºC y un posterior templado, El carburo de cromo se descompone, pasando a la solución austenítica. Esto da como resultado una estructura uniforme de la solución en fase austenítica, lo que le da al acero excelentes propiedades

Cuando el acero es sometido a tratamientos térmicos mal realizados, calentamientos y enfriamientos defectuosos, o calentamientos excesivos sufridos por soldadura, los átomos de carbono tienden a precipitar en la frontera reticular como carburos de cromo. Esta situación hace que la concentración de carburo de cromo sea mayor en la frontera reticular que en zonas contiguas a los mismos, lo que genera una difusión entre de este material entre una zona y otra. Esto da como la disminución a la resistencia a la corrosión. Este fenómeno se llama sensibilización.

Control de la corrosión

La batalla contra la corrosión de los materiales se desarrolla en el campo de la termodinámica, y por eso es una batalla que está perdida. El hombre solamente puede prolongar la vida útil de sus herramientas y estructuras, puede aliarse con la cinética y hacer creer que existen los aceros inoxidables, las pinturas anticorrosivas y los inhibidores de corrosión. Para entender las dificultades implícitas y lo efímero que resulta cualquier método de protección contra la corrosión es necesario conocer primero el grado de estabilidad del material que se pretende proteger.

Métodos de protección contra la corrosión

1. Modificación química de la superficie

a) Cromatizado

Se aplica una solución de ácido crómico que crea una capa de óxido compacta que protege la superficie. Se emplea en el hierro y como protección adicional en los recubrimientos electrolíticos del cinc, el cobre, la plata y el estaño.

b) Fosfatación

Se aplican soluciones de ácido fosfórico y fosfatos de cinc, cadmio o manganeso para provocar la aparición de una capa de fosfatos metálicos insolubles en agua. Luego suele pintarse.

c) Oxidación anódica

Por medios electrolíticos se crea una capa de óxido compacto de mayor grosor que la natural. En el caso del aluminio se lleva a cabo en un baño de ácido sulfúrico. La capa de óxido se compacta después introduciendo la pieza en agua hirviendo. El proceso se aplica al magnesio, titanio, tantalio, vanadio y circonio.

Pilas Galvánicas

Las pilas voltaicas (o galvánicas) son células electroquímicas en las que tiene lugar espontáneamente un proceso de oxidación-reducción que produce energía eléctrica. Para que se produzca un flujo de electrones es necesario separar físicamente las dos semirreacciones del proceso. Una de estas reacciones ocurre al introducir la lámina de Zn en una disolución que contiene iones cúpricos (por ejemplo sulfato cúprico, de color azul) Se observa que la disolución se decolora y, simultáneamente, cobre metálico se deposita sobre la lámina.

Oxidación de Metales

En un principio se definió oxidación a aquellas reacciones en donde se adicionaba oxígeno a una sustancia y reducción al proceso inverso.

Luego se observó que existen muchas reacciones en las cuales el oxígeno no toma parte de la reacción y sin embargo son procesos de óxido - reducción.

Desde el punto de vista de la teoría electrónica se entiende como proceso de óxido- reducción a todos los procesos químicos, en los cuales se observa la transición de electrones de unos átomos o iones a otros.

Desde este concepto más amplio vemos que sustancias como el Nitrógeno, Cloro, oxígeno y hasta el agua pueden oxidarse.

Específicamente, se llama oxidación a la pérdida de electrones de una sustancia o ión o bien al aumento de número de oxidación de dicha sustancia, y se llama reducción a la ganancia de electrones de una sustancia o a la disminución de su número de oxidación.

Los metales se encuentran en la naturaleza en forma de minerales (óxidos, sulfatos, silicatos, carbonatos, fosfatos, etc.). En estos compuestos los metales se encuentran en su forma oxidada, y por lo tanto cuando están en estado metálico (hierro, estaño, cromo, zinc, litio) todos tienden a volver a su estado natural o en otros términos todos los metales "buscan" el estado más estable desde el punto de vista termodinámico, esto es como se encontraban en la naturaleza, o sea el estado oxidado.

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