CAPITULO 4 CORROSION para imprimirmaterias.fi.uba.ar/7213/CORROSION.pdf · FIUBA -MATERIALES INDUSTRIALES II CORROSION introducción DEGRADACION RADIACION CALOR AGRESION QUIMICA ácidos

FIUBA - MATERIALES INDUSTRIALES II

CORROSION

MATERIALES INDUSTRIALES IIMATERIALES INDUSTRIALES II

Capitulo 4 Capitulo 4

CORROSIONCORROSION

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CORROSION

��introducciintroduccióónn

DEGRADACION

RADIACION

CALOR

AGRESION QUIMICA

ácidos ,álcalis y solventes ( polímeros )

CORROSION ACUOSA

agua pura Oxígeno disuelto

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CORROSION

��medicimedicióón de la velocidad de oxidacin de la velocidad de oxidacióónn

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CORROSION

��medicimedicióón de la velocidad de oxidacin de la velocidad de oxidacióónn

∆m α t1/2

∆m ≈ - t

∆m α t

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CORROSION

��mecanismos de oxidacimecanismos de oxidacióónn

Lineal capas débiles no compactas – Parabólicas capas compactas

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CORROSION

��tipos de corrositipos de corrosióónn

OXIDACION

INFLAMABILIDAD

FOTO DEGRADACION

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CORROSION

��oxidacioxidacióón reduccin reduccióónn

Oxidación

M → Mn+ + ne- M se convierte en un ión

M se oxida Ej.: Fe → Fe2+ + 2e- Al → Al3+ + 3e-

donde ocurre la oxidación se denomina ánodo ( oxidación o reacción anódica )

Los electrones se transfieren a otra especie química se denomina reacción de reducción

Reducción

Puede ocurrir en una solución ácida en presencia de oxígeno disuelto

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

o en una solución neutra o alcalina

O2 + 2H2 O + 4e- → 4(OH-)

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CORROSION

��oxidacioxidacióón reduccin reduccióónn

Los iones metálicos también se pueden reducirEn iones multivalentes

Mn+ + e- → M (n-1)+ se reduce parcialmente o también totalmente Mn+ + ne- → M

La zona en la cual ocurre la reacción se denomina cátodo

Reacción electroquímica total >>> oxidación y reducción

Por ej.: Zn → Zn2+ + 2e-

2H+ + 2e- → H2 (gas)

Zn + 2H+ → Zn2+ +H2 (gas)

Fe + ½ O2 + H2 O → Fe2+ + 2(OH-) → Fe(OH)2 y en una segunda etapa

2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2 O → 2Fe(OH)3

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CORROSION

��pila electroqupila electroquíímicamica

Si los electrodos de Cu y Fe están conectados

eléctricamente, el Cu se reduce a expensas de la

oxidación del Fe:

Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+ los iones de Cu se

depositan como Cu metálico sobre el electrodo de

Cu y el Fe se disuelve ( se corroe ) en el otro lado y

se incorpora en la solución como iones Fe2+

Fe → Fe2+ + 2 e-

Cu2+ + 2 e-→ Cu

Cuando pasa una corriente por el circuito externo los

electrones generados en la oxidación del Fe fluyen a

la pila de Cu y además se produce un movimiento

iónico neto de una pila a la otra a través de la

membrana denominado par galvánico.

Entra las dos semipilas el potencial es de 0.78 V

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CORROSION

��pila electroqupila electroquíímicamica

Si los electrodos son Fe y Zn y están conectados

eléctricamente, el Zn es el ánodo que se corroe y el

Fe se convierte en el cátodo:

Fe2+ + Zn → Fe + Zn2+

El potencial asociado a este par es de 0,323 V .

Los diferentes pares de electrodos poseen

diferentes voltajes . Este voltaje es la fuerza

electromotriz de la reacción electroquímica de

oxidación - reducción

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CORROSION

��mecanismos de oxidacimecanismos de oxidacióónn

M (metal) + O ( Oxígeno ) → MO( óxido ) + energía

En los metales es muy lento y a veces es protector, pero

aumenta con la temperatura

a: difusión de metal y conducción de electrones b: difusión de oxigeno

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CORROSION

��conclusionesconclusiones

••CorrosiCorrosióón de un metal: n de un metal: Deterioro producido como Deterioro producido como

consecuencia de un ataque quconsecuencia de un ataque quíímico del medio.mico del medio.

••Velocidad de corrosiVelocidad de corrosióón: n: Depende de la temperatura y de Depende de la temperatura y de

la concentracila concentracióón del medio.n del medio.

• Es como el proceso inverso al de la metalurgia extractiva,

pues en el estado metálico las energías son mas altas y por

eso tienden a formar compuestos

• Cerámicas y polímeros no sufren ataque electroquímico

sino directamente químico. Por ej. Los cerámicos a altas

Temp. por sales fundidas y polímeros por solventes

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CORROSION

��semisemi--pilapila

Dispositivo para medir la fem del Zn

Un método para saber la tendencia

a formar iones en solución acuosa

es comparar sus potenciales de

semi-pila con el ión Hidrógeno

A los metales que son mas reactivos

que el H se le asignan un potencial

negativo y se los denominan

Anódicos

Ej.: Fe ( -0,44 ) , Zn ( -0,763) Mg ( -2,63)

A los metales que son menos reactivos

que el H se le asignan potenciales

positivos y se los denominan

Catódicos

P. ej.: Cu ( +0,337 ) , Au ( +1,498)

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CORROSION

��serie fem estserie fem estáándarndar

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CORROSION

��serie galvserie galváánicanica

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CORROSION

��corrosicorrosióón por pila galvn por pila galváánica de electrodo nica de electrodo úúniconico

(a) Por la no homogeneidad de la estructura aparecen cátodos y ánodos locales

Zn → Zn 2+ + 2e- (reacción anódica) 2H+ + 2e- → H2 ( reacción catódica)

(b) El caso de la herrumbre en el hierro en agua con oxigeno disuelto

Fe → Fe 2+ + 2e- (reacción anódica)

O2 + 2H2O + 4e - → 4OH- ( reacción catódica) y sumando quedará:

2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe 2+ + 4OH- → 2Fe(OH)2 ↓ precipita hidróxido ferroso y luego

es oxidado a hidróxido ferrico 2Fe(OH)3 de color marrón rojizo

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CORROSION

��pila galvpila galváánicanica

Pila galvánica de concentración iónica

Para saber cual es el ánodo debemos aplicar

Nernst, considerando que la solución de baja

concentración es 0,001M y la otra 0,01M

EFe2+ = E° + 0,0296 log C ion

Para 0,001M EFe2+ = - 0,529 V

Para 0,01 M EFe2+ = - 0,499 V

En la solución mas diluida se encuentra el

ánodo que será oxidado y corroído.

Por lo tanto la pila de concentración iónica

produce corrosión en la región del

electrolito mas diluido.

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CORROSION

��pila de concentracipila de concentracióón de oxn de oxíígenogeno

Si existe una diferencia en la concentración de oxígeno

en la superficie húmeda se puede desarrollar una pila

de concentración de oxígeno

Son de importancia en especial en la corrosión de

metales de fácil oxidación tales como hierro que no

forman películas de oxido protectora .

Las reacciones anódica y catódica para esta pila son:

Reacción anódica: Fe → Fe 2+ + 2 e-

Reacción catódica: O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-

Como la reacción catódica requiere oxígeno y

electrones la concentración mas alta de oxígeno se

encontrará en el cátodo.

Las zonas pobres en oxígeno serán anódicas frente

a las catódicas ricas en oxígeno

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CORROSION

��pilas galvpilas galváánicas por limite de granonicas por limite de grano

En muchos metales y aleaciones los limites de grano son más activos químicamente

(anódicos) que la matriz, por lo cual se corroen los limites de grano.

Para algunas aleaciones ocurre lo inverso y la segregación química hace que los

limites de grano sean catódicos

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CORROSION

��pilas electroqupilas electroquíímica multi fasemica multi fase

�En muchos casos las aleaciones monofásicas tienen mayor

resistencia a la corrosión que las aleaciones de fase múltiple.

� La velocidad de corrosión es mayor en las multifásicas .

Un ejemplo clásico es la fundición de hiero gris perlifica.

grafito

matriz perlítica

El grafito es mucho mas catódico que la matriz

perlifica se crean pilas galvánicas muy activas

entre el grafito y la matriz

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CORROSION

��velocidad de corrosivelocidad de corrosióónn

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CORROSION

��velocidad de corrosivelocidad de corrosióónn

La corrosiLa corrosióón superficial uniforme se expresa como el peso en n superficial uniforme se expresa como el peso en mgmg perdido , porperdido , por

dm2dm2 por dpor díía ( a ( mddmdd))

Otra manera es expresar la velocidad de corrosión como perdida en espesor del

material por unidad de tiempo ( mm/año )

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CORROSION

��reacciones de corrosireacciones de corrosióón y polarizacin y polarizacióónn

El electrodo de Zn en equilibrio con sus

iones E°=- 0,763 V y la densidad de

corriente i0=10-7 A/cm2 ( punto A )

La reacción del electrodo del H

que ocurre en la superf. del Zn bajo

condiciones de equilibrio

E°= 0,00 V y 10-10 A/cm2 (punto B )

Cuando el Zn comienza a reaccionar con el

ácido clorhídrico el potencial es Ecorr

En el punto C la velocidad de disolución del

Zn es igual a la de desprendimiento del H

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CORROSION

��polarizacipolarizacióón por activacin por activacióón y por concentracin y por concentracióónn

Por activaciPor activacióónnLa etapa mas lenta serLa etapa mas lenta seráá la quela que

controle la velocidad del proceso controle la velocidad del proceso

de activacide activacióón por polarizacin por polarizacióónn

Por concentraciPor concentracióónnLa reacciLa reaccióón en la superficie del, metaln en la superficie del, metal

estestáá controlada por la velocidad de dicontrolada por la velocidad de di--

fusifusióón de iones hidrn de iones hidróógeno geno

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CORROSION

��formas de corrosiformas de corrosióónn

Corrosión galvanica

Corrosión por aireación diferencial

Picaduras o “pitting”

Corrosión intergranular

Corrosión selectiva

Corrosión por erosión

Corrosión bajo tensión

Fragilizacion por Hidrogeno

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��corrosicorrosióón galvn galváánicanica


CORROSION26

��corrosicorrosióón por aireacin por aireacióón diferencialn diferencial


CORROSION27

��corrosicorrosióón por picaduras n por picaduras ““pittingpitting””


CORROSION28

��corrosicorrosióón intergranularn intergranular


CORROSION29

��corrosicorrosióón por erosin por erosióónn


CORROSION30


CORROSION

��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--selecciseleccióón del materialn del material

Para materiales METALICOS

�Utilizar el material apropiado a cada medio ambiente

�En condiciones reductoras utilizar aleaciones de Ni y Cu

�En condiciones oxidantes utilizar aleaciones a base de Cr

Para materiales NO METALICOS

�Limitar el uso de polímeros en presencia de ácidos

inorgánicos fuertes

�Los cerámicos poseen la mas alta resistencia a la corrosión

pero debe considerarse su fragilidad

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CORROSION

��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--revestimientosrevestimientos

Revestimientos metálicos

�Utilizados para aislar metales del medio ambiente corrosivo ,

actuando como ánodo

aplicados como electro deposición o colaminado

podría aplicarse varias capas

Revestimientos inorgánicos

acero revestido con porcelana / vidrio

Revestimientos orgánicos (son barrera protectora )

polímeros orgánicos : pinturas y barnices

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CORROSION

��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--disediseññoo

�Prever sobre espesor por corrosión

�Evitar contacto entre materiales diferentes que pudieran

ocasionar pares galvánicos

�Evitar esfuerzos excesivos y concentración de tensiones

�Evitar sharp bends en cañerías para prevenir erosión-

corrosión

�Diseño de tanques y recipientes con posibilidad de vaciados

de emergencia

�Diseñe con piezas que puedan ser fácilmente cambiadas

�Diseñe sistemas que trabajan a alta temperatura de manera

tal de vitar hot spot

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CORROSION

��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--modificacimodificacióón del medion del medio

�Disminuir la temperatura Reduce la velocidad de

reacción

�Disminuir la velocidad de fluidos en cañerías Reduce la

erosión corrosión

�Eliminar el oxigeno disuelto en líquidos Reduce la

corrosión

�Agregado de inhibidores Retardadores catalíticos

que mejoran la resistencia a la corrosión

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CORROSION

��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--protecciproteccióón catn catóódicadica

�Se aportan electrones

a la estructura

a proteger desde una

fuente externa al metal

que se desea proteger

convirtiéndolo en un

cátodo

El metal que se va a proteger se conecta eléctricamente a

otro metal que sea mas reactivo en el medio y experimenta

oxidación y cede electrones protegiendo al metal. El material

oxidado se denomina ánodo de sacrificio y se selecciona de

acuerdo a la serie galvánica ( Mg , Zn )

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CORROSION

��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--protecciproteccióón catn catóódicadica

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Este método es mediante la aplicación de una corriente desde

una fuente externa de CC. El polo(-) se conecta a la estructura y

el (+) a un ánodo inerte (grafito)


CORROSION

��pasivacipasivacióónn

�Pérdida de reactividad química en presencia de condiciones

ambientales particulares

�Teoria de la capa de oxido protector Se trata de una capa que actua como barrera de difusión de productos de

reacción , separando el metal de su entorno

�Teoría de adsorciónSe considera que los metales pasivados están cubiertos por una película

quimiadsorbida de oxígeno

Las dos tienen en comun que se forma un apelLas dos tienen en comun que se forma un apelíícula protectora en la cula protectora en la

superfciie del metalsuperfciie del metal

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CORRROSION

��potencial de corrosipotencial de corrosióón en agua de marn en agua de mar

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CORROSION

��corrosicorrosióón de cern de ceráámicos micos

�Los materiales cerámicos por estar compuestos por materiales metálicos

y no metálicos se pueden considerar como que ya se han corroído lo que

los hace muy resistentes a la corrosión.

�En este caso la corrosión es una simple disolución química en contraste

con los procesos electroquímicos

�Las cerámicas refractarias resisten a altas temperaturas y el ataque a

levadas temperaturas de metales, sales , escorias y vidrios

�En conversión de energía se requieren temperaturas elevadas ,

atmósferas corrosivas y altas presiones. Para estos casos los cerámicos

resisten mejor que los metales por periodos razonables.

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CORROSION

��corrosicorrosióón de poln de políímeros meros

�Los polímeros se degradan por interacción con el ambiente. La

degradación de los polímeros no es una reacción electroquímica sino físico

química

��Hinchamiento.Hinchamiento. En este caso el liquido o soluto difunde en el polímero y

es absorbido por este forzando la separación de las macromoléculas que

conduce a una reducción en las fuerzas de enlace secundarias y el

material se hace mas blando y mas dúctil

��DisoluciDisolucióónn. Ocurre cuando el polímero es totalmente soluble se puede

considerar como la continuación del hinchamiento

�Como regla general cuanto mayor sea la similitud de la estructura

química del solvente y del polímero mayor es la probabilidad de

hinchamiento y disolución

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CORROSION


��Ruptura del enlace. Ruptura del enlace. Denominado también escisión , separación o

ruptura el enlace. Puede originarse por exposición a la radiación o al calor

y por reacción química.

��Efectos de la radiaciEfectos de la radiacióónn. Haz de electrones, rayos X , rayos β , rayos γ y

radiación ultravioleta poseen suficiente energía para penetrar en el

polímero e interactuar con los átomos o electrones de los componentes.

Pueden añadirse estabilizantes para protegerlos

��Efecto de las reacciones quEfecto de las reacciones quíímicas. micas. El oxigeno el ozono y otras

sustancias pueden originar la escisión de las cadenas como resultado de

una reacción química. Muy frecuente en los cauchos vulcanizados

��Efectos tEfectos téérmicosrmicos Escisión de cadenas moleculares a elevadas

temperaturas y producen reacciones químicas que producen especies

gaseosas

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CORROSION


��DegradaciDegradacióón por exposicin por exposicióón a la intemperie n a la intemperie

�Resultado de la oxidación que se inicia por radiación UV del sol.

�La celulosa y el nylon también son susceptibles de la absorción de agua

que reduce su dureza y rigidez

�Los fluorocarbonos son virtualmente inertes en estas condiciones pero

algunos materiales como el PVC y el PE son susceptibles a la degradación

por exposición a la intemperie

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