Termoplasticos

Termoplástico

El termoplástico es una mezcla de ingredientes sólidos, (resinas, pigmentos. cargas y micro esferas de vidrio). Que se hace liquida cuando se la calienta, y luego se solidifica nuevamente cuando se enfría. Cuando se lo usa sobre pavimento asfáltico, la alta temperatura causa que el termoplástico y el asfalto se fundan juntos para formar una unión muy fuerte. Cuando se usa en pavimento de concreto, el gran calor permite que el termoplástico moje la superficie de la imprimación para mejorar la adherencia.

Los materiales termoplásticos se aplican usualmente en espesores entre 1,50 mm y 3,00 mm. El tiempo de curado varía entre 1 a 10 minutos, dependiendo de las temperaturas del aire, del sustrato, de la formulación y la calidad del sustrato.

El termoplástico se entrega en forma de bloques o en forma de polvo granular. El material en polvo se envasa en bolsas plásticas, muchas de las cuales se pueden cargar directamente en la caldera fusora. (Nunca eche cartón al FUSOR.) Como los ingredientes no han sido calentados, el termoplástico en polvo podrá ser refundido hasta tres veces sin problemas. Los bloques, sin embargo, fueron fundidos y moldeados durante su fabricación. Así que los bloques no deberían ser recalentados más de dos veces. Como el producto es sensible al calor, se producirán cambios de color según los colores:

COLOR TEMPERATURA MAXIMA

Blanco 220ºC

Amarillo Cromo 200ºC

En lo posible, se tratará de no alcanzar estas temperaturas.

Existen tres tipos de dispositivos para aplicar el material termoplástico líquido: Zapatas, Piston de Proyección Neumática y Cabezal de Extrusión Forzada. Además, existen varios agregados para lograr una aplicación perfilada

Además de las consideraciones de control de calidad generales ya vistas antes, las preocupaciones cuando se aplica material termoplástico fluido son:

• la temperatura

• la sensación térmica

• la agitación

Ningún material de demarcación es afectado por la temperatura tanto como el termoplástico, este requiere una temperatura constante de aplicación dentro de un rango especificado; un límite de hasta seis horas de calentamiento continuo; una temperatura superficial mínima (determinada a la sombra), y una temperatura de sensación térmica mínima. Estas restricciones son necesarias para evitar incendios, quemado y deterioro del material, y para ayudar a la adhesión. Siempre controle que se cumplen las recomendaciones del fabricante respecto de las temperaturas.

La agitación también es importante para todo termoplástico fundido. Una agitación insuficiente provoca que las micro esferas de vidrio mezcladas en la masa se asienten, provocando defectos de calidad.

Frecuentemente, el pliego o el fabricante del material, exigen el uso de Selladores o Imprimaciones para pavimentos en condiciones marginales.

Después de la aplicación del termoplástico y de dejarlo enfriar, controle la adhesión. Sobre asfalto, pele el termoplástico - El asfalto debería estar pegado en el lado inferior. Sobre pavimentos de cemento, golpee el material con un golpe seco de un martillo. Si parte del material permanece unido al sustrato, la unión es buena.

El termoplástico se astillará si la adherencia es deficiente.

Termofijos

POLÍMEROS TERMOFIJOS

Los polímeros termofijos (TS) se distinguen por su estructura tridimensional de alto encadenamiento transversal. En efecto, la parte formada (por ejemplo, el mango de una olla o la cubierta de un interruptor) se convierte en una gran macromolécula. Los termofijos san siempre amorfos y no exhiben temperatura de transición vítrea. En esta sección examinaremos las características generales de los plásticos TS e identificamos los materiales más importantes en ésta categoría.

PROPIEDADES GENERALES Y CARACTERÍSTICAS

Debido a Ias diferencias en la composición química y estructura molecular, las propiedades de los plásticos termofijos son diferentes de los termoplásticos. En general, los termofijos son I) más rígidos, con módulos de elasticidad dos o tres veces más grandes; 2) frágiles, prácticamente no poseen ductilidad; 3) menos solubles en los solventes comunes; 4) capaces de funcionar a temperaturas más altas; y 5) no pueden ser refundidos, en lugar de esto se degradan o se queman. Las diferencias en las propiedades de los plásticos termofijos se atribuyen a las cadenas transversales que forman enlaces envalentes tridimensionales térmicamente estables. El encadenamiento transversal se logra en tres formas |7|:

I) Sistemas activados por temperatura. En los sistemas más comunes, los cambios son causados por fuentes de calor durante las operaciones de conformado de la pieza (por ejemplo, moldeado). La materia prima es un polímero lineal en forma granular suministrado por la planta química. El material se somete al calentamiento para ablandarlo y moldearlo, una mayor exposición al calor causa el encadenamiento transversal del polímero. el término termofraguado se aplica apropiadamente a estos polímeros.

2) Sistemas activados catalíticamente. El encadenamiento transversal en estos sistemas ocurre cuando se añaden en forma líquida pequeñas cantidades de un catalizador al polímero. Sin el catalizador el polímero permanece estable, pero una vez combinado con el catalizador, cambia a la forma sólida.

3) Sistemas activados por mezcla. La mayoría de las resinas epóxicas son ejemplos de estos sistemas. El mezclado de dos sustancias químicas genera una reacción que forma un polímero sólido con cadenas transversales. Las temperaturas elevadas se usan algunas veces para acelerar las reacciones.

Las reacciones químicas asociadas con el encadenamiento transversal se llaman curado o fraguado. El curado se ejecuta en la planta de fabricación donde se hacen las partes, y no en la planta química que surte la materia prima al fabricante.

POLÍMEROS TERMOFIJOS IMPORTANTES

Los plásticos termofijos no se usan tan ampliamente como los termoplásticos, quizá por las complicaciones adicionales relacionadas con el proceso de curación de los polímeros. Los termofijos con mayor volumen de uso son las resinas fenólicas, cuyo volumen anual es cerca del 6% del total tic plásticos en el mercado, cantidad significativamente menor al de los principales termoplásticos como el polietileno. que tiene alrededor del 35% del

mercado. Los datos técnicos para estos materiales se dan en la tabla 15 Los datos sobre la participación en el mercado se refieren al total de plásticos (termoplásticos y termofijos).

AMINORRESINAS

Los aminoplásticos tabla 16. se caracterizan por el grupo amino (NH2); consisten en dos polímeros termofijos, urea formaldehído y melamina formaldehído que se producen mediante la reacción del formaldehído (CH2O) ya sea con urea [CO(NH2)2) o melamina (C3H6N6,), respectivamente. La importancia comercial de las aminorresinas está en segundo lugar con respecto a otra resina de formaldehído, el fenol formaldehído que analizaremos después. La resina urea formaldehído compile con los fenoles, particularmente en ciertas aplicaciones como maderas enchapadas y adhesivos para aglomerados. Estas resinas se usan también como compuesto moldeable. Es ligeramente más costosa que el material fenólico. El plástico melamina formaldehído es un material resistente al agua y con gran importancia en el manejo de vajillas de mesa y recubrimientos laminados para mesas y puertas (como la Fórmica, una marca registrada de Cyanamid Co). Cuando se usan para productos moldeados, los aminoplásticos contienen generalmente proporciones significativas de relleno como la celulosa.

EPÓXICOS

Las resinas epóxicas tabla 17 se basan en un grupo químico llamado epóxicos. La formulación más simple de los epóxicos es el óxido de etileno (C2H3O), la epiclorhidrina (C3H5OCI) es un epóxico mucho más utilizado para producir resinas epóxicas. Los epóxicos no curados tienen un bajo grado de polimerización. Se necesita usar un agente de curado para incrementar el peso molecular y encadenar transversalmente al epóxico. Los posibles agentes de curado incluyen a las poliamidas y a los anhídridos ácidos. Los epóxicos curados son notables por su resistencia, adhesión, resistencia al calor y a los agentes químicos. Sus aplicaciones incluyen recubrimientos superficiales, pisos industriales, compuestos reforzados con fibra de vidrio y adhesivos. Las propiedades aislantes de los epóxicos termofijos los hacen útiles en varias aplicaciones electrónicas como el encapsulado de transistores y en la laminación de tarjetas para circuitos impresos.

FENOLICOS

Los polímeros fenólicos (C6H5OH) tabla 18 son compuestos acídicos que pueden reaccionar con aldehídos (alcoholes deshidrogenados), siendo el formaldehído (CH2O) el más reactivo. El fenol formaldehído es el más importante de los polímeros fenólicos; se comercializó a principios del siglo XX bajo la marca registrada Bakelita. Cuando se utiliza como material de moldeado se combina con rellenos como aserrín, fibras de celulosa y minerales. Es frágil y posee buena estabilidad térmica, química y dimensional. Su capacidad de aceptar colorantes es limitada y se encuentra disponible solamente en colores obscuros. Los productos moldeados-constituyen solamente un 10% del total de los fenólicos usados. Otras aplicaciones incluyen adhesivos para maderas contra chapadas, tarjetas para circuitos impresos, contratapas y adhesivos pira-bátalas y piedras abrasivas.

POLIÉSTERES

Los poliesteres, tabla 19, que contienen los enlaces característicos de los esteres (CO-O) pueden ser termofijos o termoplásticos. sección 10.2. Los poliésteres termofijos se usan mucho en plásticos reforzados (compuestos) para fabricar artículos grandes como tubos, tanques, cascos de botes, carrocerías automotrices y paneles de construcción. Pueden utilizarse también cu varios procesos de moldeado para producir panes más pequeñas. La síntesis del polímero inicial involucra la reacción de un ácido o anhídrido tal como el anhídrido maleico (C4H2O,) con un glicol como el etilenglicol (C2H6O2). La reacción produce un poliéster insaturado de un peso molecular relativamente bajo (PM = 1000 a 3000). Este ingrediente se mezcla con un monómero capaz de polimerizar y encadenarse transversalmente con el poliéster. El estireno (C8H8) se usa generalmente para este

propósito en proporciones que van del 30 al 50%. Se añade un tercer componente, llamado inhibidor, para prevenir un encadenamiento transversal prematuro. Esta mezcla forma el sistema de resina poliéster que se provee al fabricante. Los poliésteres se curan ya sea por calor —sistema activado por temperatura— o por medio de la adición de un catalizador a la resina del poliéster —sistema activado por catálisis. El curado se hace durante la fabricación (moldeado u otros procesos de conformado) donde resulta el encadenamiento transversal del polímero.

Una clase importante de poliésteres son las resinas alquídicas, cuyo nombre se deriva de las abreviaturas combinadas de las palabras alcohol y Ácido, y se usan principalmente como base de pinturas, barnices y lacas. Se dispone también de compuestos alquídicos para moldear, pero su aplicación es limitada.

POLIURETANOS

Éstos incluyen una gran familia de polímeros tabla 20 caracterizados por el grupo uretano (NHCOO) en su estructura. La química de los poliuretanos es compleja y hay muchas variantes químicas en esta familia. El rasgo característico de esta reacción es un poliol, cuyas moléculas contienen grupos hidróxidos (OH), tales como el glicol éter butilénico (C4H1002), y un isocianato, como el disocianato difenilmetano (C15HIOO2N2). A causa de las variaciones en la composición química, el encadenamiento transversal y el procesamiento, los poliuretanos pueden ser termoplásticos, termofijos o elastómeros, siendo los dos últimos los más importantes comercialmente.

La mayor aplicación de los poliuretanos son las espumas. Éstas abarcan un rango entre comportamiento elastomérico y rígido, las últimas son las que tienen un encadenamiento transversal más alto. Las espumas rígidas se usan como material de relleno en los tableros de las construcciones y en las paredes de los refrigeradores. En estos tipos de aplicaciones, el material brinda un excelente aislamiento térmico, añade rigidez a la estructura y no absorbe agua en cantidades significativas. Muchas pinturas, barnices y recubrimientos similares se basan en sistemas de uretano.

Polímero

El Poliuretano se forma mediante la reacción de un poliol y un isocianato.

La composición química varia significativamente.

SILICONES

Los silicones son polímeros inorgánicos y semiorgánicos que se distinguen por la presencia de enlaces siloxanos (-Si-O-) repetidos en su estructura molecular. Una fórmula típica combina el radical metilo (CHO con (SiO) en varias proporciones para obtener la unidad repetitiva (CH3)m-SiO) donde m establece la proporcionalidad. Con variaciones en su composición y procesamiento, los polisiloxanos se pueden producir en tres formas: 1) fluidos, 2) elastómeros y 3) resinas termofijas. Los fluidos son polímeros de peso molecular ligero que se usan como lubricantes, pulimentadores, ceras y otros líquidos (no son realmente polímeros en el contexto de este capítulo, pero de cualquier manera son productos comerciales importantes). Los elastómeros de silicón, que se cubren en la sección 10.4 y los silicones termofijos tratados aquí tienen cadenas transversales. Los polisiloxanos con alto encadenamiento transversal forman sistemas de resinas rígidas que se utilizan para pinturas, barnices, recubrimientos y laminados de tarjetas para circuitos impresos; así como materiales para moldeo de materiales eléctricos. El curado se hace por calentamiento o dejando que se evaporen los solventes que contienen. Los silicones son notables por su repelencia al agua y su resistencia al calor, pero su resistencia mecánica no es tan grande como otros polímeros encadenados transversalmente. Los datos en la tabla 21 son para polímeros silicones termofijos.

Los elastómeros hacen referencia al conjunto de materiales que formados por polímeros que se encuentran unidos por medio de enlaces químicos adquiriendo una estructura final ligeramente reticulada.

Un elastómero lo podemos asimilar al siguiente ejemplo, imaginemos que encima de una mesa tenemos un conjunto de cuerdas entremezcladas unas con otras, cada uno de estas cuerdas es lo que llamamos polímero, tendremos que aplicar un esfuerzo relativamente pequeño si queremos separar las cuerdas unas de otras, ahora comenzamos a realizar nudos entre cada una de las cuerdas, apreciando que conforme más nudos realizamos más ordenado y rígido se vuelve el conjunto de las cuerdas, los nudos de nuestra cuerda es lo que representa a los enlaces químicos, con un cierto grado de nudos, o enlaces químicos, necesitamos tensionar con mayor fuerza el conjunto de cuerdas con objeto de separarlas, además observamos que cuando tensionamos la longitud de las cuerdas aumentan y cuando dejamos de tensionar el tamaño de las cuerdas vuelven a la longitud inicial.

La principal característica de los elastómeros es su alta elongación o elasticidad y flexibilidad que disponen dichos materiales frente a cargas antes de fracturarse o romperse.

En función de la distribución y grado de unión de los polímeros, los materiales elastómeros pueden disponer de unas características o propiedades semejantes a los materiales termoestables o a los materiales termoplásticos, así pues podemos clasificar los materiales elastómeros en:

• Elastómeros termoestables - son aquellos elastómeros que al calentarlos no se funden o se deforman

• Elastómeros termoplásticos - son aquellos elastómeros que al calentarlos se funden y se deforman.

Propiedades de los materiales elastómeros:

• No se pueden derretir, antes de derretirse pasan a un estado gaseoso

• Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes

• Generalmente insolubles.

• Son flexibles y elásticos.

• Menor resistencia al fenómeno de fluencia que los termoplásticos

Ejemplos y aplicaciones de materiales elastómeros:

• Goma natural - material usado en la fabricación de juntas, tacones y suelas de zapatos.

• Poliuretanos - Los poliuretanos son usados en el sector textil para la fabricación de prendas elásticas como la lycra, también se utilizan como espumas, materiales de ruedas, etc...

• Polibutadieno - material elastómero utilizado en las ruedas o neumáticos de los vehículos dadas la extraordinaria resistencia al desgaste.

• Neopreno - Material usado principalmente en la fabricación de trajes de buceo, asi como aislamiento de cables, correas industriales, etc...

• Silicona - Material usado en una gama amplia de materiales y áreas dado a sus excelentes propiedades de resistencia térmica y química, las siliconas se utilizan en la fabricación de chupetes, prótesis médicas, lubricantes, moldes, etc...

Ejemplos de adhesivos elastómeros:

• Adhesivos de poliuretanos de 2 componentes.

• Adhesivos de poliuretanos de 1 componente de curado mediante humedad.

• Adhesivos en base siliconas.

• Adhesivos de silanos modificados.

Ahora que ya conoces a los elastómeros ¿sabías que todos los neumáticos de cualquier vehículo están fabricados con materiales elastómeros?

Aditivos y adhesivos

Aditivos para polímeros

La degradación o envejecimiento se reduce adicionando al material cargas que absorban los rayos UVA y que reciben el nombre de estabilizantes.

Estas sustancias forman parte de los llamados aditivos, que son sustancias ajenas a la formulación química del polímero y que se añaden para mejorar algunas propiedades, como se ha señalado anteriormente.

Entre los aditivos más extendidos destacan:

Cargas y refuerzos como fibras, esferas... orgánicas o inorgánicas que aumentan propiedades mecánicas resistentes, acabado superficial y abaratan costes.

Colorantes y pigmentos se emplean para dar color y opacidad. Tiñen las piezas o semiacabados transparentes con el 0,5-2% que no alteran el cuadro general de propiedades.

Estabilizantes que impiden el deterioro del polímero provocado por el medio ambiente y la luz UVA.

Agentes antiestáticos pues al ser aislantes eléctricos generan electricidad estática. Estos atraen la humedad del aire hacia la superficie del polímero, reduciendo la posibilidad de chispa o descarga.

Lubricantes como cera o estearato de calcio, que reducen la viscosidad del polímero y mejoran las características de conformabilidad.

Plastificantes de moléculas de bajo peso molecular que reducen la Tg y mejoran las ¡propiedades y características de conformabilidad del polímero.

Agentes espumantes. Algunos polímeros como el poliestireno pueden ser expandidos en forma de espumas con huecos. El plástico se produce en forma de pequeñas gotas sólidas que contienen el agente expansor o insuflador. Cuando las gotas se calientan, el polímero se vuelve plástico, el agente se descompone para formar gas dentro de la gota y las paredes de esta se expanden. Dentro del molde se pegan entre si y conforman excelentes materiales aislantes con una densidad excepcionalmente baja.

Rellenos. Son muy variados. Se usan para diversos fines. El más conocido es el negro de humo que se añade al caucho para mejorar la resistencia y el desgaste de neumáticos. Otros como los extensores permiten que se introduzca una gran cantidad de volumen de polímero con poca resina como la sílice, arcilla y carbonato de calcio.

Refuerzos. La resistencia y rigidez de los polímeros se mejora introduciendo fibras de vidrio, polímero o grafito. Estos presentan unas propiedades excepcionales respecto al polímero que refuerzan.

Polímeros de Unión:Adhesivos

El uso de adhesivos se está convirtiendo en una aplicación importante en la industria incluyendo la unión de materiales. Esto se debe en parte a que el uso de adhesivos no cambia las propiedades de los sustratos ni requieren modificar los componentes como sucede con otras técnicas. Se trata de un material capaz de mantener unidos dos materiales sólidos, proporcionando la fuerza de atracción física necesaria entre las dos superficies. El material al cual se adhiere el adhesivo se denomina sustrato o adherente.

Conceptos Generales

Orígenes

Los adhesivos se conocen desde tiempos inmemoriales y han sido empleados extensamente a lo largo de la historia hasta la actualidad. Existen ejemplos naturales de adhesión, como es el caso de las telas de araña, de los panales de abejas o de los nidos de pájaros. Se han hallado vestigios del uso de la sangre animal como adhesivo durante la Prehistoria. Los babilonios empleaban cementos bituminosos hacia el 4000 A.C, mientras que los egipcios preparaban adhesivos mediante la cocción de huesos de animales para la adhesión de láminas de madera hacia el 1800 A.C.

Sin embargo, el uso masivo de los adhesivos no comienza hasta finales del siglo XIX, con la primera emisión de sellos de correos, en 1840. Poco después, Charles Goodyear en 1983 descubre que mediante los procesos de vulcanización se logra la adhesión directa de caucho sobre metal. Los adhesivos en base a látex aparecen en 1987.

Las cintas industriales se empiezan a comercializar a principios del siglo XX (Drew, 1920), aunque los desarrollos más importantes se realizan durante la segunda guerra mundial. Así, los epoxis (1943) y los poliuretanos datan de esta época. Posteriormente, se descubren otras resinas como los anaeróbicos (Krieble, 1953) y los cianoacrilatos que pronto son comercializadas.

El sector de los adhesivos está en pleno crecimiento y su desarrollo será muy importante en los próximos años, dado que ofrece rendimientos similares y en ocasiones superiores a los de otras soluciones para el ensamblaje y el sellado con ventajas en cuanto a ahorro de costes.

INTRODUCCIÓN:

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos enlazados principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes. Las composiciones químicas de los materiales cerámicos varían considerablemente, desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fases complejas enlazadas.

Las propiedades de los materiales cerámicos también varían mucho debido a diferencias en los enlaces. En general, los materiales cerámicos son típicamente duros y frágiles con baja tenacidad y ductilidad. Los materiales cerámicos se comportan usualmente como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusión relativamente altas y, asimismo, una estabilidad relativamente alta en la mayoría de los medios mas agresivos debido a la estabilidad de sus fuertes enlaces. Debido a estas propiedades los materiales cerámicos son indispensables para muchos de los diseños en ingeniería.

En general, los materiales cerámicos usados para aplicaciones en ingeniería pueden clasificarse en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos de uso especifico en ingeniería. Normalmente los materiales cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice(pedernal) y feldespato. Ejemplos de cerámicos tradicionales son los ladrillos y tejas utilizados en las industrias de la construcción y las porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica. Las cerámicas ingenieriles, por el contrario, están constituidas, típicamente, por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio ( Al2O3), carburo de silicio(SiC), y nitruro de silicio(Si3N4). Ejemplos de aplicación de las cerámicas ingenieriles en tecnología punta son el carburo de silicio en las áreas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el oxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un modulo de conducción térmica.

Estructuras de los Cerámicos Sencillos:

Algunos compuestos cerámicos con estructuras cristalinas relativamente sencillas están recogidos en la tabla 10.1 con sus puntos de fusión.

Tabla 10.1

Compuesto cerámico Punto de Fusión,°C Compuesto cerámico Punto de Fusión,°C

Carburo de afnio, HfC 4150 Carburo de boro, B4C 2450

Carburo de titanio, TiC 3120 Oxido de aluminio, Al2O3 2050

Carburo de wolframio, WC 2850 Dióxido de silicio, SiO2 1715

Oxido de magnesio. MgO 2798 Nitruro de silicio, Si3N4 1900

Carburo de silicio, SiC 2500 Dióxido de titanio, TiO2 1605

En los compuestos cerámicos listados, el enlace atómico es una mezcla de los tipos iónico y covalente para los enlaces entre átomos en estos compuestos se pueden obtener considerando las diferencias de electronegatividad entre los diferentes tipos de átomos en los compuestos y utilizando la ecuación de Pauling para el porcentaje de carácter iónico. La cantidad de enlace iónico o covalente entre los átomos de estos compuestos es importante porque determina en alguna medida que tipo de estructura cristalina se formara en el compuesto cerámico.

Los sólidos (cerámicos) iónicos el empaquetamiento de los iones esta determinado principalmente por los siguientes factores:

1- El tamaño relativo de los iones en el sólido iónico (considerando los iones como esferas compactas de radio definido).

2- La necesidad de balancear las cargas electrostáticas para mantener la neutralidad eléctrica en el sólido iónico.

Limitaciones de tamaño para el empaquetamiento denso de iones en un sólido iónico: los sólidos iónicos están formados por cationes y aniones. En el enlace iónico algunos átomos pierden sus electrones más externos para convertirse en cationes y otros ganan electrones para convertirse en aniones. Por tanto, los cationes son normalmente mas pequeños que los aniones enlazados con ellos.

Cuanto mayor sea el numero de aniones que rodean al catión central, mas estable es el sólido. Sin embargo, los aniones deben estar en contacto con el catión central y deben mantener la neutralidad de carga.

ÁREAS DE INVESTIGACIÓN

MATERIALES CERÁMICOS TIPO-PEROVSQUITA

Una amplia gama en la investigación de titanatos conducida por Arvids Stashans.

Particularmente al momento estamos envueltos en la siguiente investigación:

(i) polarones libres en la estructura cúbica del BaTiO3. Impurezas(donor y aceptor) dopando en BaTiO3. Estudios de polarones atrapados por las impurezas de Al y Sc: estructura, distorsión de la red, energías de absorción. Estudios del dopaje con La y Nb en el BaTiO3: niveles de energía locales dentro de la banda de energías prohibidas, efectos ocasionados por los defectos en el espectro de absorción (Henry Pinto y Edgar Javier Patiño). Maquina para fabricación de cerámica

(ii) defectos inducidos por radiación en SrTiO3: polarones libres y atrapados por las impurezas del tipo aceptor, centros F+ y F en fases cúbica y tetragonal, su influencia sobre las propiedades estructurales y ópticas del SrTiO3. (Arvids Stashans y Luis Fernando Vargas)

(iii)dopaje con La en SrTiO3: efectos de la impureza sobre las bandas de energías, la estructura atómica, estudios de los efectos de la concentración de La en las propiedades de SrTiO3. (Paul Sánchez).

(iv) parametrización del cristal PbTiO3 dentro del INDO modificado para cristales considerando las estructuras cúbica y tetragonal. Estudios de la impureza de Zr en el PbTiO3: configuraciones del equilibrio, distorsión de la red, posible influencia de impureza sobre las

propiedades electrónicas del material (Arvids Stashans y Juanita Coloma).

(v) dopaje con Nb y La en CaTiO3: ubicación de los niveles locales de energía de un electrón dentro del intervalo de la banda de energías prohibidas, distorsiones de la red cristalina, efectos de la transferencia del electrón a la banda de conducción del CaTiO3 y modelos analíticos. (Franklin Erazo)

(vi) las superficies de SrTiO3: estructura de las bandas electrónicas y estabilidad de las siguientes superficies: (001), (110) y (111) en las fases cúbica y tetragonal del SrTiO3. Investigación de los defectos puntuales (vacancias de oxígeno, F+ y F centros) en las superficies. Adsorción del agua sobre la superficie (001). Estudio de la impureza de La en las superficies. (Arvids Stashans, Franklin Erazo, Juan Ortiz y Sheyla Serrano).

(vii) interpretación teórica de la superconductividad a altas temperaturas en los cupratos y titanatos. (Douglas Moya).

Feldespato

Presentación del producto

Los feldespatos componen una familia de minerales, que son silicatos alumínicos de potasio, sodio y calcio, los cuales constituyen más del 50% de la composición mineral de las rocas eruptivas.

La albita se encuentra en un extremo de la serie isomorfa de las plagioclasas, disoluciones sólidas feldespáticas, de composición variable, que abrazan desde la albita sódica a la anortita cálcica. La ortoclasa, el microclino y el sanidino son las formas polimorfas más comunes del feldespato potásico (K-feldespato).

Feldespato

proceso productivo

Las minas de feldespato del Grupo Maffei son a cielo abierto y cumplen con todos los parámetros que garantizan la constancia cualitativa, solventando la demanda cuantitativa del mercado y los criterios de optimización de los recursos, gracias a lo cual respetan plenamente el patrimonio medioambiental. El ciclo productivo se efectúa entre la mina y los establecimientos de tratamiento, donde el material se tritura, se lava y se convierte en granulometrías comerciales. En el marco de dichas fases de tratamiento, se dan los procesos de mejora cualitativa, por medio de cribado óptico con perlas de alúmina y de separación magnética. La molienda se efectúa en molinos con bolas de alúmina que permiten obtener una producción de material molido muy fino, el cual está destinado a los sectores cerámicos de las fábricas de pintura y de artefactos sanitarios. El ciclo se completa con las operaciones de almacenamiento en silos y ensacado.

El control de la calidad se planifica minuciosamente y abarca todas las fases de producción. Su coordinación está a cargo del Laboratorio Central Maffei de Trento, que periódicamente efectúa los análisis químicos y de física cuantitativa por fluorescencia de rayos x (FRX), con dispersión de la longitud de onda. Asimismo se emplean dilatómetros y otros aparatos de análisis térmicos, así como hornos de gradientes. El Laboratorio de Maffei Sarda periódicamente realiza los análisis químicos por fluorescencia de rayos x (FRX), con dispersión de energía, la cocción de muestras y los análisis granulométricos y de la humedad.

La mina de Giustino produce más de 50.000 ton/año de feldespato sódico (albita). El material bruto se somete a los primeros tratamientos en la planta aneja, donde se realizan las operaciones de trituración, cribado y lavado, secado, cribado óptico y separación magnética. El producto final consiste en un grano, cuyas dimensiones oscilan entre los 0 y los 6 mm, que está destinado a las instalaciones de Trento, Darzo y Mac Min de Gallese donde se muele.

Cuarzo

El cuarzo es un mineral sumamente común, que destaca por contener volúmenes elevados de sílice (más del 97%). Es muy duro (es el término 7 en la escala de dureza de Mohs) y es estable hasta los 573°C. Habitualmente es incoloro y transparente y tiene un brillo vidrioso. Es acentuadamente piezoeléctrico y piro eléctrico.

Otros

El Grupo Maffei, con el objeto de completar y diversificar su oferta de minerales y de cargas industriales, comercializa a través de M.T.M. srl, una serie de productos de entre los cuales cabe mencionar la barita, el carbonato cálcico, la dolomita, el SECUROC ( huntita ), FERROPHOS ( pigmento de fósforo e hierro ) y DELASPHERE (microesferas huecas de alúmina y sílice).

El Grupo Teknoquarz, no sólo produce cuarzos ventilados y cribados, sino que comercializa arenas de río italianas, arenas esféricas de otros países y cuarzos provenientes de canteras domésticas.

Mina de Tafraout (Marruecos)

PROCESAMIENTO DE CERÁMICAS:

Los productos cerámicos mas tradicionales y técnicos son manufacturados compactando polvos o partículas en matrices que son posteriormente calentados a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre si.

Las etapas básicas para el proceso de cerámica de aglomeración de partículas son: (1) preparación de material; (2) moldeado o fundido; (3) tratamiento térmico por secado y horneado por calentamiento de la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas.

Preparación de materiales:

La mayoría de los productos están fabricados por aglomeración de partículas. Las materias primas para estos productos varían, dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos que no necesitan tener propiedades muy «criticas» tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una práctica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos.

Técnicas de conformado:

Los productos cerámicos fabricados por aglomeración de partículas pueden ser conformados mediante varios métodos en condiciones secas, plásticas o liquidas. Los procesos de conformado en frío son predominantes en la industria cerámica, pero los procesos de modelado en caliente también se usan con frecuencia. Prensado, moldeo en barbonita y extrusión son los métodos de modelado de cerámica que se utilizan mas comúnmente.

Prensado. La materia prima puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de un troquel para formar productos elaborados.

Prensado en seco: este método se usa frecuentemente para productos refractarios (materiales de alta resistencia térmica) y componentes cerámicos electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación uniaxial simultanea y la conformación de los polvos granulados con pequeñas cantidades de agua y/o pegamentos orgánicos en un troquel. Después del estampado en frío, las partículas son normalmente calentadas (sinterizadas) a fin de que se consigan la fuerza y las propiedades microestructurales deseadas. El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rápidamente con una uniformidad y tolerancia pequeñas.

Compactación isostatica: en este proceso el polvo cerámico se carga en un recipiente flexible (generalmente de caucho) hermético (llamado cartucho) que esta dentro de una cámara de fluido hidráulico a la que se aplica a presión. La fuerza de la presión aplicada compacta el polvo uniformemente en todas las direcciones, tomando el producto la forma del contenedor flexible. Después de presionar la pieza isostaticamente en frío se ha de pasar por el fuego (sinterizacion) para obtener las propiedades microestructurales requeridas.

Productos cerámicos de este tipo son refractarios, ladrillos, aislantes de bujías, cúpulas, crisoles, herramientas de carbono y cojinetes.

Compresión en caliente. En este proceso se consiguen piezas de alta densidad y propiedades mecánicas optimizadas combinando la presión unidireccional como la isostatica.

Extrusión. Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámicos en estado plástico a través de un troquel de embutir. Este proceso es de aplicación común en la producción.

Tratamientos térmicos;

El tratamiento térmico es un paso esencial en la fabricación de la mayoría de los productos cerámicos. En esta subdivisión consideramos los siguientes tratamientos térmicos: secado, sinterizado, verificación.

Secado y eliminación de aglutinantes. El propósito del secado de cerámicas es eliminar el agua del cuerpo cerámico plástico antes de ser sometida a altas temperaturas. Generalmente, la eliminación de agua se lleva a cabo a menos de 100ºC y puede tardar tanto como 24hs. para un trozo de cerámica grande. La mayoría de los aglutinantes orgánicos pueden ser eliminados de piezas cerámicas por calentamiento en el rango de 200 a 300ºC, aunque algunos residuos hidrocarbonados pueden requerir un calentamiento a temperaturas mas elevadas.

Sinterizacion. El proceso por el cual se consigue que pequeñas partículas de un material se mantengan unidas por difusión al estado sólido se llama sinterización. En la fabricación de cerámicas este tratamiento térmico se basa en la transformación de un producto poroso en otro compacto y coherente. La sinterización se utiliza de modo generalizado para producir formas cerámicas de, por ejemplo, alúmina, berilia, ferrita y titanatos.

En el proceso de sinterizado las partículas coalescen por difusión al estado sólido a muy altas temperaturas pero por debajo del punto de fusión del compuesto que se desea sinterizar. En la sinterización, la difusión atómica tiene lugar entre las superficies de contacto de las partículas a fin de que resulten químicamente unidas.

Verificación. Algunos productos cerámicos tales como porcelana, productos arcillosos estructurales y algunos componentes electrónicos contienen una fase vítrea. Esta fase vítrea sirve como medio de reacción para que la difusión puede tener lugar a menor temperatura que en el resto de los materiales sólidos cerámicos. Durante el tratamiento a elevadas temperaturas de este tipo de materiales sólidos cerámicos, tiene lugar un proceso llamado verificación por medio del cual la fase vítrea se licúa y rellena los poros del material. Esta fase vítrea liquida puede también reaccionar con algunos de los restantes sólidos de material refractario. Bajo enfriamiento, la fase liquida solidifica para formar una matriz vítrea que une las partículas que no han fundido.

APLICACIONES

Feldespato

Mercados y Aplicaciones

El feldespato sódico se emplea como fundente en el sector de la cerámica y, en particular, en la fabricación de gres porcelánico, artefactos sanitarios y esmaltes. El mercado cerámico italiano es el consumidor más importante de albita, en sus distintos segmentos productivos. El rápido crecimiento de dicho mercado, a lo largo de esta última década, en parte, se debe a la gran disponibilidad de recursos minerales que tiene Italia y, en parte, a la constancia de los productos de Maffei, en términos cualitativos, cuantitativos y de diversificación de los productos. Los artículos de Maffei abastecen una cuota importante de feldespato sódico, en el sector de la industria de la baldosa y cubren la casi totalidad del consumo italiano, destinado a la fabricación de artefactos sanitarios. A nivel europeo, cabe mencionar que grupos importantes del ramo de la cerámica utilizan tradicionalmente el feldespato sódico de Maffei, porque la firma es una garantía de la buena calidad del producto, siempre conforme a los estándares internacionales.

Fundiendo la pasta a unas temperaturas inferiores a las de los demás componentes, la albita permite bajar su punto de fusión. En los productos vitrificados agrede a los demás componentes y hace que pasen a formar una disolución, en una cantidad que depende de la temperatura y del intervalo de cocción.

Gran parte de las características finales de las distintas manufacturas de cerámica depende de la calidad y de la constancia cualitativa del feldespato utilizado. En función del porcentaje empleado, de los ciclos de cocción y de la composición de los demás componentes de la pasta, la albita favorece la solubilización de las materias primas y hace que se formen fases líquidas alrededor de las partículas sólidas.

La albita también se aplica en la fabricación del vidrio. Actúa como aportador de Al2O3 y Na2O, merced a lo cual reduce el uso de soda y de alúmina, que se añade bajo otras formas.

Por otra parte, las albititas cloríticas de Maffei Sarda satisfacen a la perfección las necesidades de una demanda creciente de fundentes enérgicos, que otorguen a las pastas la capacidad de gresificarse a unas temperaturas más bajas. En un sector, como el de las baldosas y azulejos, en que los tiempos de cocción son cada vez más breves, el aporte de magnesio en los feldespatos otorga al producto acabado unas características antihielo, iguales o superiores a la de los productos que se obtienen con ciclos más largos y utilizando feldespatos tradicionales.

Cuarzo

Mercados y Aplicaciones

El cuarzo es un mineral que se utiliza abundantemente, en distintos procesos productivos, en virtud de sus características refractarias y de dureza. Se emplea en gran cantidad en la industria de la cerámica y, en particular, para los esmaltes cerámicos, en la siderurgia, en las industrias del vidrio, de la pintura y los barnices, de los abrasivos, de los materiales refractarios, de la filtración, de la mecánica de precisión y en muchas otras más, debido a sus propiedades piezoeléctricas, de polarización giratoria y de permeabilidad a los rayos ultravioleta. Además es la materia prima con la que se prepara el carburo de silicio, un abrasivo de prima calidad.

Maffei SpA extrae y comercializa el cuarzo, desde sus albores. Y los productos de Maffei desempeñan un papel clave, en el sector de la cerámica, tanto en el de los esmaltes como en el de los artefactos sanitarios y la siderurgia. En particular, en el ramo de los esmaltes cerámicos, el cuarzo es de una importancia fundamental, pues es el ingrediente estructural de los denominados esmaltes crudos para ciclos de cocción muy largos, o bien, de fritas, para los ciclos más rápidos.

Los distintos tipos de productos del Grupo Teknoquarz se han hecho con una cuota de mercado destacada, en todos los demás sectores industriales donde el cuarzo se emplea como materia prima -artículos refractarios, arenado, fábricas de pinturas y pastas cerámicas, pisos industriales, filtraciones, abrasivos, colas, mezclas de cemento, pasta lavamanos, pinturas a base de cuarzo, enlucidos plásticos, revestimientos bituminosos, pinturas al agua, antiparasitarios, placas de fibrocemento, adhesivos, antiácidos, anticorrosivos, chips abrasivos, etc.

Otras Aplicaciones

Concluimos en que los materiales cerámicos, debido a sus propiedades térmicas, eléctricas y mecánica, es de gran aplicación en muchos de los ámbitos industriales. Un ejemplo de tal aplicación, es el desarrollo del sistema de protección térmica para vehículos orbitales, como el transbordador espacial. Dado que el transbordador espacial ha de ser usado para almenos en 100 misiones, se hizo necesario el desarrollo de nuevos aislamientos cerámicos en losetas.

Alrededor del 70% de la superficie externa del vehículo orbital esta protegida del calor por aproximadamente 24000 losetas individuales de cerámica hechas en un compuesto de fibra de sílice.

Mecanismos de la corrosión

Mecanismos de corrosión

Una definición bastante aceptable de la corrosión es el deterioro que sufre un

Material a consecuencia de un ataque químico por su entorno.

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 el

Agua. De aquí que en ocasiones se le denomine "corrosión acuosa". Muchos metales sufren corrosión en mayor o menor grado por el agua y la atmósfera. Los metales también pueden ser corroídos por ataque químico directo procedente de soluciones químicas.

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.

Un principio natural en todos los campos de las ingenierías es la degradación de las

Máquinas y piezas en servicio. Es obvio demostrar que la corrosión constituye una de las fuentes importantes de degradación de los ingenios diseñados por el técnico. Combatir la corrosión significa: prolongar el tiempo de servicio de un ingenio, disminuir su mantenimiento, diseñar con menor costo para un tiempo definido de servicio, o, cuando no, impedir accidentes que pueden provenir de fracturas súbitas, consecuencias del proceso corrosivo.

En este capítulo se estudian los diversos procedimientos o materiales que se disponen para combatir la corrosión, lo que constituye objetivo fundamental del ingeniero de materiales. Por su parte la ciencia de los materiales debe suministrar el conocimiento de los procesos de corrosión que permita desarrollar con probabilidad alta de éxito los métodos de protección contra lacorrosión.

Electromotriz

La Serie de Fuerza Electromotriz

Reacción en Equilibrio

NOBLE E°H (volts)

Au+2

1/2 O2

Pt+2

Ag+1

Cu+2

2H+

Ni+2

Fe+2

Cr+3

Zn+2

Al+3 + 2e

+ 2H+

+ 2e—

+ 1e—

+ 2e—

+ 2e—

+ 2e—

+ 2e—

+ 3e—

+ 2e—

+ 3e— = Au

+ 2e— = H2O

= Pt

= Ag

= Cu

= H2

= Ni

= Fe

= Cr

= Zn

= Al + 1.7

+ 1.23

+ 1.20

+ 0.80

+ 0.34

0.00 (por definición)

- 0.13

- 0.44

- 0.70

- 0.76

- 1.66

BASE

La información contenida en esta serie electromotriz, representa simplemente la tendencia termodinámica (el potencial) de los varios sistemas ahí en lista destinados a corroerse. Cuanto más negativo sea el valor de potencial E°H mayor será la tendencia a la corrosión. La serie electromotriz nos puede explicar cuantitativamente, por ejemplo, la tendencia y el porqué de una adherencia de cobre metálico sobre un clavo de acero cuando sumergimos el clavo en una solución de sulfato de cobre. En este caso la fase noble la constituye el cobre que se encuentra en disolución y la activa o base el clavo de acero. La Serie nos indica que existe una diferencia de potencial, bajo condiciones estándar, entre el cobre y el hierro de 0.78 volts, siendo el hierro el metal con mayor tendencia a ionizarse. De esta manera el cobre que está en solución como iones cobre, tomará los electrones liberados al formarse los iones hierro y pasará a depositarse como metal sobre el clavo. Lo que ocurrió aquí, una vez más, fue la presencia de un par galvánico.

Sin embargo, al ponernos a reflexionar sobre ejemplos prácticos de corrosión, casos que suceden a diario, nos damos cuenta de que muchas estructuras se corroen o fallan por corrosión en la ausencia de otro metal más noble que complete el par galvánico de la pila de corrosión. Por ejemplo, ¿cual fue la reacción catódica o de reducción, en el ejemplo de la figura 10 para la corrosión de una pieza de acero que cerrara el balance galvánico? ¿Existían iones metálicos más nobles en la solución agresiva? La respuesta es negativa. No había tales iones metálicos más nobles, pero si reacciones tales como la reducción del oxígeno y de hidrógeno iónico, cuyo equilibrio, según nos dice la Serie de Fuerza Electromotriz es más noble que el hierro. Entonces podemos tomar estas reacciones como si se trataran de reacciones de "metales nobles" que en unión con un metal más activo desencadenan el proceso de corrosión.

Así entonces, haciendo esta consideración, podemos decir que todos los metales que se encuentran por debajo de reacción de reducción de hidrógeno se disolverán siempre que estén en contacto con un medio que contenga H+, tal como el agua o las soluciones ácidas. Así, tanto el hierro como el cinc se corroerán totalmente en soluciones acuosas o ácidas. En cambio, el cobre permanecerá inmune a la reacción de hidrógeno, pues de acuerdo a su posición en la Serie, esta última reacción es más activa que el mismo cobre. En cambio, el cobre es más activo y susceptible a disolverse en presencia de la reacción de reducción de oxígeno. Por ejemplo, es muy común la corrosión del cobre en contacto con agua aereada, es decir, agua que contenga oxígeno disuelto (ver figura 12). Sólo el oro permanece intacto ante soluciones que contienen protones H+ u oxígeno atmosférico, ya que su equilibrio es más noble que los de estas reacciones.

Diagramas de Pourbaix

La serie de fuerza alectromotriz posee severas limitaciones a pesar de toda esa cantidad de información termodinámica tan interesante. La serie no considera el efecto que tiene una película de óxido presente en la superficie de un metal, en el potencial de equilibrio de ese sistema, siendo así que estas situaciones prácticas son las que a un ingeniero de planta le gustaría saber. Por ejemplo, la serie considera que tanto el aluminio como el cromo son sumamente reactivos (-1.66 y -0.70 volts respectivamente) y sin embargo, nosotros sabemos que el aluminio, tal como lo conocemos, es muy resistente a la corrosión en condiciones normales y que al cromo incluso se le usa como elemento de aleación en los aceros para imprimirles mayor resistencia a la corrosión. Lo que sucede es que la Serie no considera la condición oxidada tanto del aluminio (A12O3) como del cromo (Cr2O3), los cuales son así excepcionalmente resistentes a la corrosión; la serie sólo considera sus estados activos, es decir, no pasivos.

Otras reacciones que la Serie no toma en cuenta son reacciones muy comunes entre un metal y un medio acuoso. Tomemos por ejemplo las reacciones siguientes:

(a) Fe + H2O = Fe (OH)3 + 3H+ + 3e-

(b) Fe+3 + 3 H2O = Fe (OH)3 =3 H+

Aquí (a) nos indica la reacción que sufre el hierro en contacto con el agua para formar el hidróxido férrico. El equilibrio de esta reacción ya no depende solamente de un potencial eléctrico que haga mover esos tres electrones por mol de Fe(OH)3 formado, sino también del pH, es decir, de la acidez del medio, de la concentración de iones H+. (b) no depende del potencial sino sólo del pH del medio. Aquí no hay transferencia de electrones, es una reacción química, no electroquímica. Ambas reacciones y muchas otras son importantes para saber el estado en que se encontrará una estructura de acero, dependiendo del potencial y de la acidez del medio, por ejemplo, si habrá o no formación de herrumbre.

Si se contara con los equilibrios de todas las reacciones posibles entre un metal y el agua, nos podríamos dar una mejor idea de la tendencia que poseería ese metal ante un conjunto dado de condiciones de potencial y de pH, es decir, podríamos decir si hay en el metal tendencia a formar óxidos o hidróxidos, si tenderá a disolverse completamente o si, bajo esas condiciones, el metal permanecerá intacto.

Hace algunas décadas, el investigador belga Marcel Pourbaix no sólo obtuvo esos equilibrios sino que los representó gráficamente como función del potencial y del pH a través de unos diagramas que llevan su nombre. En estos diagramas, los equilibrios existentes entre un metal y agua a 25ºC son representados por líneas que dependen del potencial, del pH o de ambos, delimitando así zonas termodinámicamente estables en donde el metal existe en alguna de sus formas (disuelto, como óxido, o como hidróxido, como metal, etc.).

La figura 11 (a) nos muestra el diagrama simplificado para el hierro en contacto con agua. Un aspecto importante de los Diagramas de Pourbaix es que contienen una división natural del campo gráfico en tres regiones, las cuales pueden ser clasificadas de acuerdo a su conducta de corrosión en: pasividad, corrosión e inmunidad, figura 11(b). La zona de pasividad, se aplica para cuando el metal posee películas oxidadas o de hidróxidos sobre su superficie que inhiben la corrosión. En la zona de corrosión, el metal se disuelve activamente, siendo los productos de corrosión solubles. En cambio en la zona de inmunidad, el metal se encuentra perfectamente preservado y estable bajo ciertas condiciones muy especiales de potencial y de pH.

Figura 11.

Antes de cerrar esta sección dedicada a la termodinámica en los procesos de corrosión, queremos nuevamente recordar a nuestro amable lector que en el estudio termodinámico de un proceso de corrosión no se incluyen los datos cinéticos. Esto significa que la velocidad del proceso no se toma en cuenta, solo la tendencia a que la corrosión ocurra.

Tipos de corrosión

General o Uniforme

Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la pérdida regular del metal superficial. A su vez, esta clase de corrosión se subdivide en otras:

Atmosférica

De todas las formas de corrosión, la Atmosférica es la que produce mayor cantidad de daños en el material y en mayor proporción. Grandes cantidades de metal de automóviles, puentes o edificios están expuestas a la atmósfera y por lo mismo se ven atacados por oxígeno y agua. La severidad de esta clase de corrosión se incrementa cuando la sal, los compuestos de sulfuro y otros contaminantes atmosféricos están presentes. Para hablar de esta clase de corrosión es mejor dividirla según ambientes. Los ambientes atmosféricos son los siguientes:

Industriales

Son los que contienen compuestos sulfurosos, nitrosos y otros agentes ácidos que pueden promover la corrosión de los metales. En adición, los ambientes industriales contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas, lo que produce un aumento en la corrosión.

Marinos

Esta clase de ambientes se caracterizan por la presentia de cloridro, un ión particularmente perjudicial que favorece la corrosión de muchos sistemas metálicos.

Rurales

En estos ambientes se produce la menor clase de corrosión atmosférica, caracterizada por bajos niveles de compuestos ácidos y otras especies agresivas.

Existen factores que influencian la corrosión atmosférica. Ellos son la Temperatura, la Presencia de Contaminantes en el Ambiente y la Humedad.

Galvánica

La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una solución conductiva).

El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones, dependiendo de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión.

Esta forma de corrosión es la que producen las Celdas Galvánicas. Sucede que cuando la reacción de oxidación del ánodo se va produciendo se van desprendiendo electrones de la superficie del metal que actúa como el polo negativo de la pila (el ánodo) y así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas más simples.

Quizá la problemática mayor sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante común se presente en variadas formas y muy seguido. Por ejemplo, la corrosión de tuberías subterráneas se puede producir por la formación de una pila galvánica en la cual una torre de alta tensión interactúa con grafito solidificado y soterrado, con un terreno que actúe de alguna forma como solución conductiva.

Metales Líquidos

La corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales en presencia de ciertos metales líquidos como el Zinc, Mercurio, Cadmio, etc. Ejemplos del ataque por metal líquido incluyen a las Disoluciones Químicas, Aleaciones Metal-a-Metal (por ej., el amalgamamiento) y otras formas.

Altas Temperaturas

Algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy altas temperaturas, pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como Empañamiento, Escamamiento o Corrosión por Altas Temperaturas.

Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura. Actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante, se forma una pequeña capa sobre el metal, producto de la combinación entre el metal y el gas en esas condiciones de temperatura. Esta capa o “empañamiento” actúa como un electrolito “sólido”, el que permite que se produzca la corrosión de la pieza metálica mediante el movimiento iónico en la superficie.

Algunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes:

• Alta estabilidad termodinámica, para generar en lo posible otros productos para reacciones distintas.

• Baja Presión de Vapor, de forma tal que los productos generados sean sólidos y no gases que se mezclen con el ambiente.

La corrosión por Altas Temperaturas puede incluir otros tipos de corrosión, como la Oxidación, la Sulfatación, la Carburización, los Efectos del Hidrógeno, etc.

Localizada

La segunda forma de corrosión, en donde la pérdida de metal ocurre en áreas discretas o localizadas.

Al igual que la General/Uniforme, la corrosión Localizada se subdivide en otros tipos de corrosión. A continuación, veremos los más destacados.

Corrosión por Fisuras o “Crevice”

La corrosión por crevice o por fisuras es la que se produce en pequeñas cavidades o huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la primera, o más comúnmente con un elemento no- metálico. En las fisuras de ambos metales, que también pueden ser espacios en la forma del objeto, se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. Se dice, en estos casos, que es una corrosión con ánodo estancado, ya que esa solución, a menos que sea removida, nunca podrá salir de la fisura. Además, esta cavidad se puede generar de forma natural producto de la interacción iónica entre las partes que constituyen la pieza.

Algunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes:

• rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.

• cerrar las fisuras con materiales no-absorventes o incorporar una barrera para prevenir la humedad.

• prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.

Corrosión por Picadura o “Pitting”

Es altamente localizada, se produce en zonas de baja corrosión generalizada y el proceso (reacción) anódico produce unas pequeñas “picaduras” en el cuerpo que afectan. Puede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo mucho mayor.

Esta clase de corrosión posee algunas otras formas derivadas:

• Corrosión por Fricción o Fretting : es la que se produce por el movimiento relativamente pequeño (como una vibración) de 2 sustancias en contacto, de las que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie del metal, las que son ocultadas por los productos de la corrosión y sólo son visibles cuando ésta es removida.

• Corrosión por Cavitación: es la producida por la formación y colapso de burbujas en la superficie del metal (en contacto con un líquido). Es un fenómeno semejante al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. Genera una serie de picaduras en forma de panal.

• Corrosión Selectiva: es semejante a la llamada Corrosión por Descincado, en donde piezas de cinc se corroen y dejan una capa similar a la aleación primitiva. En este caso, es selectiva porque actúa sólo sobre metales nobles como al Plata-Cobre o Cobre-Oro. Quizá la parte más nociva de esta clase de ataques está en que la corrosión del metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras y hace parecer al metal corroído como si no lo estuviera, por lo que es muy fácil que se produzcan daños en el metal al someterlo a una fuerza mecánica.

Corrosión Microbiológica (MIC)

Es aquella corrosión en la cual organismos biológicos son la causa única de la falla o actúan como aceleradores del proceso corrosivo localizado.

La MIC se produce generalmente en medios acuosos en donde los metales están sumergidos o flotantes. Por lo mismo, es una clase común de corrosión.

Los organismos biológicos presentes en el agua actúan en la superficie del metal, acelerando el transporte del oxígeno a la superficie del metal, acelerando o produciendo, en su defecto, el proceso de la corrosión

Proteccion contra la corrosión

Hay cinco soluciones posibles para proteger a los productos de acero contra los efectos de la corrosión:

Utilice acero inoxidable en lugar de acero normal. Acero inoxidable es acero normal mezclado con otros metales como níquel y cromo. Sin embargo, el coste del acero inoxidable hace que éste no sea práctico para un uso diario, excepto para pequeños elementos de ajuste como pernos y tuercas.

Recubra el acero normal con zinc. El recubrimiento de acero con zinc, que es otro metal, es un procedimiento que se conoce generalmente como galvanizado y es la forma más normal de proteger pequeños objetos fabricados como anillas de amarre, bolardos fabricados con tubos, pernos, mordazas, cadenas, grilletes, tuberías de agua, etc. Los materiales a recubrir se sumergen normalmente en un baño de zinc fundido en talleres especializados. Una vez un objeto se ha sumergido en zinc en caliente no se debe realizar ningún trabajo de soldado, corte o taladrado, ya que esto destruiría la integridad del recubrimiento de protección.

Recubra el acero normal con plásticos especiales. El recubrimiento del acero con plásticos especiales resistentes al desgaste constituye otra forma de protección contra la corrosión; sin embargo, el alto coste que implica el proceso de recubrimiento (en talleres especializados) hace que este método no sea práctico para uso diario.

Pinte el acero normal con pinturas especiales. El pintar el acero utilizando pinturas especiales es el método más común de proteger grandes estructuras de acero. Las superficies que se van a pintar se deberán limpiar cuidadosamente con un cepillo de acero (o preferiblemente mediante un chorro de arena). La capa inferior deberá consistir en un imprimador basado en zinc. La segunda y tercera capas deberán consistir en una pintura de epoxi sobre base de brea.

Al pintar el acero, se deberán tener en cuenta los siguientes puntos:

• Las pinturas caseras normales no son adecuadas para el entorno marino debido a que, al igual que algunos plásticos, envejecen con mucha rapidez cuando están expuestas a los rayos del sol.

• El diesel, queroseno y la gasolina no son químicamente compatibles con las pinturas marinas; habrá de utilizarse el diluyente de pintura apropiado.

• Se deberán utilizar guantes siempre que se manipulen pinturas basadas en epoxi.

Proteja el acero con ánodos de zinc (protección catódica). Los ánodos de zinc se utilizan para prolongar más aún la vida útil de estructuras de acero sumergidas en agua del mar como, por ejemplo, pilones de acero, pontones, flotadores metálicos, etc. Los elementos de aluminio, en contacto con acero húmedo, quedan expuestos también a la corrosión galvánica.

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Oxidación

Oxidación

Concepto: La oxidación, es la reacción química a partir de la cual un átomo, ión o molécula cede electrones.

Oxidación. Es la reacción química a partir de la cual un átomo, ión o molécula cede electrones; entonces se dice que aumenta su estado de oxidación. Si bien esta explicación es suficiente en términos prácticos, no es del todo correcta ya que si bien la transferencia de electrones siempre va a ocasionar un cambio en el estado de oxidación, también se puede dar este cambio sin que ocurra una transferencia de electrones. Como veremos existen varias formas de la misma, como la que se da en un trozo de manzana con el tiempo, u otros tipos menos domésticos, más conocidos en el ámbito de las ciencias.

El estado de oxidación de un elemento que forma parte de un compuesto, se considera como la carga aparente con la que dicho elemento está funcionando en ese compuesto. Los estados de oxidación pueden ser positivos, negativos, cero, enteros y fraccionarios.

Contenido

• 1 Reacción de oxidación

• 2 Tipos de oxidación

• 3 Combinaciones

• 4 Consecuencias

• 5 Número de oxidación

• 6 Reglas para asignar el número de oxidación

• 7 Fuente

Reacción de oxidación

El nombre de la reacción química, "oxidación", se deriva del hecho que en la mayoría de los casos, la transferencia de electrones se lleva a cabo adquiriendo átomos de oxígeno, pero es importante recalcar que también se da la oxidación sin involucrar el intercambio de oxígeno. En términos simples, durante la reacción una sustancia cede electrones y otra los gana (reducción), por lo que es más conveniente el término "redox" para referirnos al proceso - Redox es una abreviación de "reducción/oxidación", y se refiere a todas aquellas reacciones químicas en donde átomos cambian su estado de oxidación.

Siempre que ocurre una oxidación hay liberación de energía. Esta energía puede ser liberada de manera lenta, como es el caso de la oxidación o corrosión de los metales, o bien, puede ser liberada de forma muy rápida y explosiva como es el caso de la combustión. La oxidación está presente en todos lados y ocurre en lugares que no imaginamos. Existen varios tipos de oxidación, como la combustión, y algunas de ellas, como podremos ver, ocurren dentro del organismo.

La respiración, uno de los tipos de oxidación, es el proceso fisiológico por medio del cual las plantas intercambian dióxido de carbono (CO2) por oxígeno (O2). Mediante este importante proceso la planta es capaz de realizar la fotosíntesis. Por otra parte, dentro de los tipos de oxidación, nos encontramos con la fermentación.

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación del que se obtiene, como producto final, un compuesto orgánico. Este compuesto final es el que dictará de qué tipo de fermentación se trata. Esta puede ser, láctica, alcohólica, butírica, acética o de la glicerina.

En los seres vivos las fermentación es un proceso bastante común, ya que se da en microorganismos como las bacterias y también en las levaduras, así como también en el tejido muscular de animales y humanos cuando el aporte de oxígeno en las células no es suficiente para generar una contracción muscular o para llevar a cabo los procesos metabólicos.

Tipos de oxidación

• Oxidación lenta: La que ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosión y pérdida de brillo y otras propiedades características de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidación, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derritió el metal y no del proceso químico (una excepción sería el aluminio en la soldadura autógena).

• Oxidación rápida: La que ocurre durante lo que ya sería la combustión, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrógeno, (Hidrocarburos)

Combinaciones

Cuando el oxígeno se combina con un metal, puede formar o bien óxidos básicos o peróxidos, estos óxidos se caracterizan por ser de tipo básicos.Si se combina el oxígeno con un no metal forma óxidos ácidos también llamados anhídridos y caracterizados por ser de tipo ácido (actúan como ácido). Oxidación del hierro: La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.

• Ejemplo:

El hierro puede presentar dos formas oxidadas. Fe2O2 → FeO Fe2O3

Consecuencias

En los metales una consecuencia muy importante de la oxidación es la corrosión, fenómeno de impacto económico muy negativo. Combinando las reacciones de oxidación-reducción (redox) en una celda galvánica se consiguen las pilas electroquímicas(pila eléctrica). Estas reacciones pueden aprovecharse para evitar fenómenos de corrosión no deseados mediante la técnica del ánodo de sacrificio y para la obtención de corriente eléctrica continua.

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