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Ingeniería de la Corrosión

Electroquímica, Corrosión y sus tipos, Tratamientos superficiales y térmicos
by

Wisleidy Suarez Piña

on 10 March 2015

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Transcript of Ingeniería de la Corrosión

Electroquímica, Corrosión, Tipos, Tratamientos Superficial Térmicos
Llamamos corrosión a la oxidación espontánea de los metales
Esta se debe a un ataque destructivo del medio ambiente, a través de reacciones químicas o electroquímicas. En la corrosión electroquímica los átomos del metal son oxidados dejando la red del metal como iones, creando un exceso de electrones en la superficie del metal
TIPOS DE CORROSIÓN

Los tipos de corrosión pueden clasificarse convenientemente de acuerdo con la apariencia del metal corroído. La identificación puede realizarse de muchas formas, pero todas ellas se encuentran interrelacionadas en alguna manera.

Corrosión atmosférica

- Es Producida por una acción agresiva por el ambiente sobre los metales (efecto simultáneo del aire y el agua).

- Es la causa más frecuente de la destrucción de los metales y aleaciones.
- Y uno de los factores que determina primariamente la intensidad del fenómeno corrosivo en la atmósfera es la composición química de la misma.
Una buena parte de la electroquímica es precisamente el estudio de los caminos o métodos eléctricos para producir transformaciones químicas, ya que la corrosión tiene lugar donde hay una diferencia de potencial entre objetos que se conectan eléctricamente y la consecuente pérdida de iones del metal en el ánodo dan como resultado la corrosión.
La Electroquímica es la interrelación que se establece entre los sistemas químicos y los sistemas eléctricos, cuando ambos inciden en un proceso. Es decir, es el estudio de las relaciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes
.
Celda electroquímica
Una celda electroquímica es un dispositivo experimental por el cual se puede generar electricidad mediante una reacción química (celda Galvánica). O por el contrario, se produce una reacción química al suministrar una energía eléctrica al sistema (celda Electrolítica).


Características
:
-
Estos procesos electroquímicos son conocidos como “reacciones electroquímicas” o “reacción redox” donde se produce una transferencia de electrones de una sustancia a otra, son reacciones de oxidación-reducción.

- Consta de dos electrodos, sumergidos en sendas disoluciones apropiadas, unidos por un puente salino y conectados por un voltímetro que permite el paso de los electrones.


Celda Electrolítica.
La reacción no se da de forma espontánea.
No se obtiene energía eléctrica. La aplicación de una fuente de energía externa produce una reacción química.
Celda Galvánica.

Permite obtener energía eléctrica a partir de un proceso químico
La reacción química se produce de modo espontáneo
•Son las llamadas pilas voltaicas o baterías

Tipos de celdas electroquímicas
Los pares galvánicos indican que no todos los metales se oxidan con la misma facilidad. En un electrolito, un metal (el ánodo) se corroe, mientras en el otro metal (el cátodo) ocurre una reacción de reducción. La magnitud del potencial eléctrico generado entre ánodo y cátodo indica la fuerza impulsora de la reacción de corrosión.
.
La segunda Ley
Las masas de las diferentes sustancias producidas por el paso de una misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus equivalentes en gramos.
Con esta ley se calculan las masas de las sustancias que se producen por una misma cantidad de electricidad.

La primera ley
La masa de una sustancia involucrada en la reacción de cualquier electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por una solución.
Es decir, esta ley permite calcular la cantidad de electricidad que ha pasado a través del circuito
.

Leyes de Faraday
Con estas leyes se descubrió la existencia de una relación entre la cantidad de sustancia que se deposita en los electrodos y la intensidad de corriente que pasa por la disolución por el tiempo que dura dicha corriente.
En términos matemáticos pueden ser expresadas mediante una sola relación en la forma:
W= (I .t .M)/(n .F)
Puesto que la mayoría de los fenómenos de corrosión metálica involucran reacciones electroquímicas, es importante entender los principios de la operación de un par (pila) galvánico electroquímico.
Ecuación de Nernst
Relaciona el potencial de la celda con las concentraciones de las formas oxidada y reducida de la sustancia involucrada, cuando la actividad de las sustancias no es 1, pues se utiliza precisamente para calcular el potencial de reducción de un electrodo en condiciones estándar.

velocidad de corrosión
,

es la velocidad de eliminación del material como consecuencia de la acción química, es decir, la pérdida de espesor del material por unidad de tiempo y es proporcional a la densidad de corriente asociada con la reacción electroquímica.

Medir la corrosión sirve de inapreciable ayuda al investigador, para determinar los deterioros, ya sean visibles o no, y para determinar si la corrosión se activa o si las grietas han sido iniciadas por otra causa.

Velocidad de Corrosión

los sistemas en corrosión no están en equilibrio y, por consiguiente, los potenciales termodinámicos no nos informan sobre las velocidades de las reacciones de corrosión.
Polarización
Pasividad
La polarización es el cambio en el potencial de un electrodo a medida que la corriente fluye de o hacia él. Pues los sistemas, cuando se corroen, experimentan polarización o desplazamiento del potencial de electrodo a partir del valor del equilibrio.
Es un fenómeno que se presenta en algunos metales y aleaciones normalmente activos, que en condiciones ambientales particulares, pierden la reactividad química y se convierten en extremadamente inertes.

Este comportamiento pasivo resulta de la formación, en la superficie del metal, de una muy delgada película de óxido altamente adherida que actúa como barrera protectora contra una posterior corrosión.

Ejemplos de metales y aleaciones que muestran pasividad son el acero inoxidable, níquel y muchas aleaciones de éste, titanio, aluminio y muchas de sus aleaciones.

La corrosión atmosférica puede ser clasificada en:
a) Corrosión seca.
Se produce en los metales que tienen una energía libre de formación de óxidos negativa.
b) Corrosión húmeda.

Requiere de la humedad atmosférica, y aumenta cuando la humedad excede de un valor crítico, frecuentemente por encima del 70%.
c) Corrosión por mojado
.
Se origina cuando se expone el metal a la lluvia o a otras fuentes de agua.

Factores que afectan influencian los procesos de la corrosión atmosférica
La acción conjunta de los factores de contaminación y los meteorológicos determinan la intensidad y naturaleza de los procesos corrosivos, y cuando actúan simultáneamente, aumentan sus efectos.

La característica atmosférica más importante que se relaciona directamente con el proceso de corrosión es la humedad, que es el origen del electrolito necesario en el proceso electroquímico.
Factores que influencian la corrosividad de la atmósfera
El grado de agresividad de una atmósfera depende de varios factores los cuales se discutirán a continuación
Humedad
Relativa
La corrosión atmosférica es significativa a partir de un cierto valor de humedad relativa esto es, hay un valor CRITICO de unidad relativa para cada metal, por ejemplo, en el caso de hierro, así la humedad relativa es MENOR al 60%, entonces no hay corrosión atmosférica
Efectos de los iones cloruro (c1-) en la atmósfera.
Gases en la atmósfera (SO2 ó SO3)
Cuando el SO2 o el SO3 son absorbidos sobre la superficie metálica, al reaccionar con la húmeda presente se forman ácidos (sulfúrico y sulfuroso) las cuales atacan y disuelven los óxidos formados exponiendo de esta forma, mas metal fresco a la corrosiva atmósfera.
Cantidad de partículas contaminantes en la atmósfera

Los contaminantes sólidos o “sucio” en lugar de “proteger” el material al escudarlo de la atmósfera, tiende a aumentar la corrosión del mismo al retener una mayor cantidad de cloruro y/o de agua sobre la superficie metálica.
Velocidad y dirección del viento
La humedad relativa es el porcentaje de vapor de agua en el aire a una temperatura dada en comparación con el valor de saturación ó máxima solubilidad de agua que puede estar presente a esa misma temperatura.
Se ha comprobado que este factor es de gran importancia en la corrosión atmosférica ya que esta ocurre por un proceso electroquímico.

Las millones de micro-zonas de zonas catódicas presentes en un material metálico necesitan de un electrolito a fin de establecer el contacto eléctrico correspondiente necesario para que ocurra el intercambio de electrones asociados en un proceso corrosivo.
Los cloruros contenidos en el salitre son los grandes responsables del gran nivel de corrosión de los materiales metálicos en ambientes marinos ya que:
Los productos de corrosión formados entre el metal y el ión cloruro son MUY solubles en agua en comparación con la herrumbre formada sin iones cloruros. Lo anterior indica que la capa de productos de corrosión formadas en ambientes salinos NO tenderá a proteger al metal ya que tiene a disolverse con la humedad condensada y/o el agua presente, exponiendo metal fresco al medio ambiente respectivo.
En el caso de SO2 ó de SO3 (productos de combustión), se ha comprobado experimentalmente que atmósferas con dicho gases son mas corrosivas
La combinación entre SO2 y la humedad relativa alta es desastrosa para la vida de aceros al carbono y de hierro. Se ha determinado que la velocidad de corrosión del hierro recubierto de oxido en una atmósfera lo suficientemente húmeda aumenta con el contenido de compuestos de azufre en la herrumbre; mientras que en un oxido pobre en dichos compuestos, la corrosión progresa relativamente despacio a aun a humedades relativas cercanas al punto de saturación.
Por contaminantes sólidos en el aire se tienen al polvo, hollín y a la tierra.

Además del efecto visible de los contaminantes atmosféricos al ensuciar las superficies metálicas, las partículas de carbón, polvo, tierra y/o arena tienden a retener la humedad y sales, lo cual conduce a una mayor corrosión o deterioro del material al depositarse sobre la superficie del mismo, en comparación con la misma superficie pero limpia de sólidos.
Frecuencia de las lluvias
Las lluvias pueden contribuir a aumentar la corrosión atmosférica o pueden disminuirla, todo depende del grado de contaminación sobre las superficies metálicas respectivas.
El viento arrastra o transporta polvo, arena, carbón, sucio, etc., lo cual puede representar un efecto erosivo o desgastante que tiende a disminuir drásticamente la vida de pinturas, de recubrimientos y de los materiales metálicos mismos.

Aquellas superficies metálicas que reciben el viento en forma directa son las que deben ser mantenidas más frecuentemente y deben poseer un buen espesor de recubrimientos. También debe diseñarse el equipo o estructura o instalación de tal forma que se “escuden” los materiales metálicos del viento predominante.

En aquellas zonas de mayor viento deben usarse recubrimientos y materiales metálicos más resistente en comparación con zonas muy alejadas de la playa y/o donde el viento no arrastra sales, sucio, etc.
En atmósferas salinas (marina), donde hay una gran contaminación sólida, la lluvia, aunque trae consigo el agua (electrolito), tiende a “lavar” las superficies y a eliminar una gran cantidad de sal o de sucio, lo cual disminuye la conductividad eléctrica del electrolito sobre los metales y de allí que disminuye la corrosión.
Si la atmósfera es rural o urbana, entonces la lluvia puede contribuir a aumentar la corrosión ya que no tienden a “lavar” las superficies metálicas respectivas porque no hay sal, pero si proporciona el agua para aumentar la corrosión correspondiente. Si hay una gran cantidad de sulfuros y sulfatos, típico de una atmósfera industrial o una urbana con una gran densidad de vehículos automotores, la lluvia disminuye la velocidad de corrosión al servir de “lavado” de las superficies metálicas respectivas.
Tratamiento Superficial
Un tratamientos superficial es un proceso de fabricación que se realiza para dar unas características determinadas a la superficie de un objeto.
Los tratamientos superficiales pueden emplearse, dependiendo de los fines deseados, para:

Aumentar o controlar la dureza, obteniendo superficies más resistentes al desgaste o al rayado.
Obtener un coeficiente de fricción adecuado en el contacto entre dos superficies, ya sea disminuyéndolo como en un cojinete o aumentándolo como en un freno.
Disminuir la adhesión, como en contactos eléctricos en los que se pueda producir un arco eléctrico.
Mejorar la retención de lubricantes de la superficie.
Aumentar la resistencia a la corrosión y oxidación.
Aumentar la resistencia mecánica.
Reconstruir piezas desgastadas.
Controlar las dimensiones o la rugosidad.
Proporcionar características decorativas, como color o brillo.
En función del material, pueden obtenerse unas características u otras dependiendo del tipo de tratamiento empleado.
Tratamiento Térmico
Muchos tratamientos térmicos pueden hacerse a nivel superficial, cambiando las propiedades hasta una profundidad determinada sin afectar al material del interior de una pieza
.

Se conoce como
tratamiento térmico

al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.
Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.
También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.
Algunos ejemplos son:
Recocido,
Temple,
Revenido,
Maduración y
Bonificado.
Bachiller:
Wisleidy Suarez Piña
C.I: 22.650.473

Prof. Ing. Julian Carneiro
Sección: S1 (saia Corrosión)
Realizado Por:
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