Proteccin de la corrosin mediante la Seleccin de Materiales

Proteccin de la corrosin mediante la Seleccin de Materiales

Introduccin

Se estima que los gastos atribuidos a los daos por corrosin representan entre el 3 y 5% del producto interno bruto de los pases industrializados. Por esta razn se desarrollan nuevos recubrimientos, se mejoran los diseos de las estructuras, se crean nuevos materiales, se sintetizan mejores inhibidores, se optimizan los sistemas de monitoreo y sobre todo se debe realizar una adecuada seleccin de materiales. Todo esto en un esfuerzo permanente por minimizar el impacto negativo de la corrosin.

1) factores que deben tenerse en cuenta para la adecuada seleccin de materiales para prevenir la corrosin

Los factores a tomarse en cuenta son los siguientes:

factibilidad de fabricacin.

Estabilidad dimensional.

Compatibilidad con los dems materiales.

Costo de fabricacin.

Propiedades fsicas y mecnicas del material.

Resistencia a la corrosin.

Disponibilidad, facilidad de trabajo.

Aspectos econmicos antes que pensar en el material.

Tiempo de vida del equipo o instalacin.

Evitar que el material tenga huecos o cavidades.

Los metales nobles como el platino y el oro son inherentemente resistentes a muchos medios agresivos.

El cromo y el titanio tienen una buena resistencia la corrosin.

Reactividad con el medio ambiente.

Reactividad con otros materiales.

Factores ambientales.

Factores integrales.

Iluminacin.

La mayora de los materiales se encuentran expuestos a diferentes cambios ambientales y climticos como lo son: cambios de temperatura y cambios de las condiciones atmosfricas. El medio agresivo que origina mas del 50% de perdidas por la existencia de fenmenos de corrosin es la atmsfera, por que mas del 80% de material metlico esta expuesto a la atmsfera donde existe una capa de humedad que acta como electrolito generando la corrosin de carcter electroqumico.

La corrosin depende del tiempo el cual la capa de humedad permanece sobre la superficie metlica ligada a una serie d factores como contaminantes intrnsecos, factores climticos como la humedad y temperatura.

Los principales contaminantes son:

El dixido de azufre (SO2).

Los cloruros (Cl-).

Los xidos de nitrgeno (NO2).

Anhdrido carbnico (CO2).

Los tipos de atmsferas son:

Industrial.

Marina.

Urbana.

Rural.

Urbano-marina.

Industrial-marina.

Urbano-industrial-marina.

Una de las peores combinaciones es la atmsfera industrial-marina con clima de alta humedad.

El aspecto fundamental que debe tomarse en cuenta cuando se requiere producir una estructura con una geometra y propiedades adecuadas, es el desempeo que este tendra durante su vida til. Para poder hacer la mejor seleccin y diseo, debemos tomar en cuenta la estrecha relacin entre la estructura interna del material, su procesamiento y sus propiedades finales. Cuando alguno delos tres aspectos de esta relacin cambia los otros dos se ven afectados.

El procesamiento de un material por lo general afecta la estructura de este. Por ejemplo, un barra de cobre o acero fabricada por fundicin tendr una micro estructura diferente la de una barra obtenida por conformado mecnico. La forma, tamao y orientacin de los granos puede ser diferente.

En las fundiciones se pueden observar huecos (rechupes), burbujas de gas, partculas no metlicas (inclusiones). Y en el material conformado mecnicamente las partculas no metlicas se deforman en la direccin del flujo al igual que los granos.

La estructura y propiedades originales determinan la manera de procesar el material.

Entre los factores que tambin debemos considerar son las propiedades del material. Donde las propiedades mecnicas son las que nos determinan como responde un material al aplicrsele una fuerza o un esfuerzo. Las propiedades mas comunes son la resistencia mecnica, ductilidad, rigidez, resistencia a la fatiga, resistencia a la corrosin, al impacto y al desgaste. Y donde las propiedades fsicas nos determinan el comportamiento electrnico magntico, ptico, trmico y elstico, estas propiedades dependen tanto de la estructura como del procesamiento de materiales.

Entre otro factor tenemos a la temperatura, donde los cambios de esta puede causar alteraciones considerables de las propiedades de los materiales debidos principalmente a:

Reblandecimiento.

Degradacin.

Transformaciones de fases.

Fragilizacin.

Efectos de la temperatura sobre la resistencia mecnicaLa reaccin de un material con el oxigeno u otros gases, es la corrosin. De todos los problemas metalrgicos que conciernen a un ingeniero, el mas importante desde el punto de vista econmico es la corrosin. Los metales no se corroen en lugares donde no hay atmsferas.

2) Tipos de Materiales

Metales:

Ferrosos (Aceros y fundiciones).

No ferrosos (Bronces, Latones, Inconel, etc.).

Cermicos:

xidos (Al2O3, ZrO).

Nitruros (Si3N4).

Carburos (WC, TiC, F3C).

Compuestos complejos.

Vidrios (base slice y silicatos):

Aplicaciones pticas.

Resistentes al calor.

Polmeros (compuestos orgnicos)/ Resinas:

Termofijos: redes polimricas con enlaces cruzados.

Termoplsticos: enredamiento de molculas de peso molecular alto.

Compositos (materiales compuestos):

Metal + cermico = compuestos de matriz metlica.

Cermico 1 + cermico 2 = cermico reforzado.

Vidrio + fibra de cermico = vidrio cermico.

Fibra de carbn + resina.

Fibra de polmero + resina.

A continuacin mostremos un cuadro con los diferentes materiales y sus respectivas propiedades:

E = excelente.

A = Alta.

M = Media.

B = Baja.

N = Nula.

El procesamiento de los materiales genera la forma deseada del componente a partir de un material uniforme:

3) Aleaciones de hierro y aceros:

3.1.-Fundiciones

Son aleaciones de hierro y carbono, estos se diferencian de los aceros en el porcentaje de carbono que contienen, conteniendo mas carbono que los aceros. Son mas resistentes a la corrosin, a los cambios bruscos de temperatura son fciles de mecanizar y de moldear, se emplean en la fabricacin de piezas de gran tamao como bancadas de maquinaria, carcasas, etc. La diferencia fundamental entre los aceros y fundiciones es que los aceros son, por su ductilidad, fcilmente deformables en caliente bien por forja, laminacin y extrusin, mientras que las fundiciones se fabrican generalmente por moldeo.

3.2.-Aceros

Uno de los materiales de fabricacin y construccin mas verstil, mas adaptable y mas ampliamente usado es el acero. El acero es bsicamente una aleacin o combinacin de hierro y carbono aunque algunas veces otros elementos de aleacin especficos tales como el cromo, el nquel o el molibdeno se agregan con propsitos determinados, bien para incrementar la resistencia, ductilidad, dureza, etc. O para facilitar algn proceso de fabricacin como puede ser el mecanizado. Adems de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros elementos qumicos, algunos perjudiciales, provenientes de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricacin como el azufre y el fsforo.

Segn la norma UNE 36-004 establece la siguiente definicin:

Material en el cual el hierro es predominante y cuyo contenido en carbono es, generalmente, inferior al 2% y contiene otros elementos. Aunque un limitado numero de aceros puede tener contenidos en carbono superiores al 2% este es el limite habitual que supera el acero de la fundicin.

No se encuentra libre en la naturaleza y que qumicamente relaciona con facilidad con el oxigeno del aire para formar oxido de hierro herrumbre.

El acero es actualmente la mas importante aleacin mecnica emplendose de forma intensiva en numerosas aplicaciones como bienes de equipo (maquina, herramienta, construccin, etc) sin embargo, sin embargo su utilizacin se ve condicionada en determinadas aplicaciones por las ventajas tcnicas que ofrecen otros materiales como el aluminio en el transporte por su mayor ligereza y en la construccin por su mayor resistencia a la corrosin, el hormign (aunque combinado con el acero) por su mayor resistencia al fuego los materiales cermicos en aplicaciones a altas temperaturas, etc.

Entre las propiedades mecnicas del acero las cuales tenemos que considerar para la adecuada seleccin de materiales tenemos:

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de friccin con otro material.

Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energa sin producir fisuras (resistencia la impacto).

Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.

Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar.

Tipos de aceros:

Existen varias clasificaciones del acero, una de ellas es la que se mostrara en el esquema:

El hierro es su

componente principal

Tambin existe otra clasificacin teniendo en cuenta sus propiedades y utilizacin en tres grandes grupos:

Aceros de construccin

Aceros de herramientas

Aceros inoxidables

Existe una ultima clasificacin la cual es :

Aceros al carbono

Aceros aleados

Aceros inoxidables

Aceros ultraresistentes

Los aceros aleados que son mezclas de aceros con metales como: cromo, manganeso, molibdeno, nquel, wolframio, vanadio, son mas resistentes y duros que el acero en si y muchos de ellos son tambin mas resistentes a la corrosin que el hierro o el acero.

3.2.1 Aceros de Baja Aleacin. Aceros al Carbono

El principal producto siderrgico es el acero siendo el 80% de la produccin acero al carbono y el 10% acero aleado. Por lo tanto, el material metlico mas importante para la industria es el acero al carbono. El aumento de contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la traccin, incrementa el ndice de fragilidad en fro y disminuye la tenacidad y ductilidad.

Aceros de Bajo Contenido de CarbonoLos aceros de bajo carbono ordinarios son de hierro y carbono hasta aproximadamente un 0.25 por 100 de carbono.

Las caractersticas de este tipo de aceros son:

Su incremento en la resistencia se logra por trabajar en fro.

Su microestructura consiste en ferrita y perlita.

Son aleaciones relativamente blandas y poco resistentes, pero tienen ductilidad y tenacidad sobresalientes. Adems son maquinables y soldables.

Son las de menor costo de produccin.

Sus aplicaciones son las siguientes:

Componentes de automviles.

Formas estructurales.

Laminas a ser usadas en tuberas.

Edificios, puentes y recipientes.

Cascos de buques.

Clavos, alfileres, cerraduras.

Los aceros de bajo carbono ordinario se pueden utilizar con xito si la resistencia y otros requerimientos mecnicos no son demasiados severos. Existe ciertas limitaciones:

No pueden ser reforzados mas all de 690 Mpa sin que halla una prdida de ductilidad y resistencia a impactos.

Tienen poca resistencia a la corrosin y oxidacin.

Poca resistencia al impacto a bajas temperaturas.

Existe influencia de elementos extraos en las caractersticas mecnicas de estos aceros, la presencia de fsforo y azufre es perjudicial para la calidad de los aceros, procurndose eliminar esos elementos en los procesos de fabricacin. El contenido de cada uno de estos elementos no pasa del 0.06% y en los aceros de calidad se suele exigir porcentajes de fsforo u azufre inferiores a 0.08%.

El azufre cuando se presenta como sulfuro de hierro provoca durante los procesos de forja o laminacin del acero poca resistencia y a veces se agrieta por iniciarse la fusin de este que se encuentra en el acero en forma de retcula en la microestructura del acero. Por el contrario cuando aparece como sulfuro de manganeso tiene una temperatura de fusin muy elevada y no da paso a la fragilidad en caliente, en ambos casos el alargamiento y la resistencia del acero queda muy disminuido.

El fsforo siempre se encuentra disuelto en los granos de ferrita a los que comunica gran fragilidad.

Aceros de Medio Contenido de Carbono:Estos tipos de aceros tienen concentraciones de carbono entre 0.05 y 0.6%.

Pueden ser tratados trmicamente por austenizado, templado y revenido. Normalmente se utilizan en condiciones revenidas.

Al aadir cromo, nquel y molibdeno se mejora la capacidad de estas aleaciones de ser tratadas trmicamente. Estas aleaciones tienen mayor resistencia que los aceros de bajo carbono pero sacrificando ductilidad y tenacidad.

Se utiliza en aplicaciones que requieren la combinacin de elevada resistencia a la corrosin, resistencia de desgaste y tenacidad.

Aceros de Alto Contenido de Carbono:Su contenido de carbono varia entre 0.6 y 1.4 %.

Son los aceros mas duros, mas resistentes y menos dctiles delos aceros al carbono.

Casi siempre se utilizan revenidos. Por ello tienen una resistencia al desgaste especial y son capaces de mantener un fro cortante.

Los aceros para herramientas son aceros de alto carbono que contiene cromo, molibdeno, vanadio y wolframio. Esos elementos de aleacin se combinan con el carbono para formar carburos muy duros y resistentes al desgaste. Se utilizan para herramientas de corte.

3.2.2 Aceros Inoxidables:

Los aceros inoxidables contiene cromo, nquel y otros elementos de aleacin que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidacin a pesar de la accin dela humedad o de cidos y gases corrosivos.

Segn la norma EN 1088 define a los aceros inoxidables como:

Aleaciones frreas que contienen cromo en una proporcin mnima del 10.5% . Una importancia de este tipo de acero se debe a su elevada produccin a nivel mundial despus de la segunda guerra mundial, los aceros inoxidables forman ahora parte imprescindible en la vida cotidiana moderna en todos sus aspectos.

Los aceros inoxidables mejoran sus caractersticas de resistencia a la corrosin en medios oxidantes o de buen aireacin que aseguran el mantenimiento de su pelcula protectora superficial pero estn sujetos a corrosin por picadura, hendidura y bajo tensin en ciertos medios especficos y son resistentes a la corrosin atmosfrica, cido ntrico, algunas concentraciones de cido sulfrico y muchos cidos orgnicos.

PICADURA GALVANICA

El acero inoxidable se utiliza para las tuberas y tanques de refineras de petrleo o plantas qumicas, para los fuselajes de los aviones o para cpsulas especiales. Tambin se usa para fabricar instrumentos y equipos quirrgicos ya que resiste a la accin de los fluidos corrosivos.

A continuacin se mostrara un a grafica con los diferentes ndices propios de diversos tipos de aceros:

Existen varias clases de aceros inoxidables clasificados en funcin de su estructura cristalina y mecanismo de endurecimiento.

Aceros Inoxidables Austeniticos:Son materiales no magnticos. Presentan excelente ductilidad, conformabilidad y resistencia a la corrosin.

Aceros Inoxidables Martensiticos:Estos aceros tienen la caracterstica de ser magnticos. Despus de templados sern muy duros y poco dctiles. Pero es precisamente en esta condicin que sern resistentes s a la corrosin.

La alta dureza y la consecuente resistencia al desgaste determinan las aplicaciones de este material utilizado en cuchillos, discos de freno, equipos quirrgicos, odontolgicos y turbinas.

Aceros Inoxidables Ferriticos:Estos aceros contienen algo mas de cromo que los martensiticos, lo que mejora la resistencia a la corrosin en diversos medios, pero sacrifica en parte otras propiedades como la resistencia al impacto.

Entre sus aplicaciones se puede mencionar cubiertos, vajillas, cocinas, piletas, revestimientos.

Aunque los aceros inoxidables ferriticos presentan una buena resistencia a la corrosin, algunas caractersticas limitan su utilizacin de los mismos en determinadas aplicaciones, como puede ser en aplicaciones que requieren estampado profundo.

Una gran mejora en muchas propiedades es conseguida con la introduccin de nquel como elemento de aleacin. Con determinados tenores de nquel es posible conseguir un cambio de la estructura ferritica hacia austenitica.

A continuacin mostraremos un cuadro resumen de los principales usos de estos tipos de aceros:

Tipo de acero inoxidableAplicacin

Austentico (resistente a la corrosin)equipos para industria qumica y petroqumica

equipos para industria alimenticia y farmacutica

construccin civil

vajillas y utensilios domsticos

Ferrtico (resistente a la corrosin, ms barato)electrodomsticos (cocinas, heladeras, etc.)

mostradores frigorficos

monedas

industria automovilstica cubiertos

Martenstico (dureza elevada)cuchillera

instrumentos quirrgicos como bistur y pinzas

cuchillos de corte

discos de freno

Aceros Inoxidables Endurecidos por Precipitacin (PH):Estos aceros contienen aluminio, niobio o talio.

Deben sus propiedades a los endurecimientos por solucin slida, por deformacin, por envejecimiento por la transformacin martensitica.

Por recalentamiento podemos tener precipitados como el Ni2Al a partir de la martensita. Obtenindose altas propiedades mecnicas, incluso con bajos contenidos de carbono.

Aceros Inoxidables Duplex:En algunos casos, en la estructura de los aceros inoxidables se introducen de manera deliberada mezclas de fases. Estas combinaciones proporcionan un conjunto de propiedades mecnicas, resistencia a la corrosin, conformabilidad y soldabilidad, que no se obtienen en ningn otro acero inoxidable normal.

3.2.3 Aceros de Aleacin Ultraresistente:

Los aceros de baja aleacin y alta resistencia (HSLA) son mas baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleacin (covbre, vanadio, nquel o molibdeno en concentraciones de aproximadamente un 10% en peso).

Los aceros HSLA son mas resistentes a la corrosin que los aceros al carbono ordinarios.

Tipo de acero

propiedadesAISI 420

13% CromoAISI 430

185 CromoAISI 304

18%Cr y 8% Ni

Magnetismosisino

Resistencia a la oxidacin En contacto con la atmsferaUsos interiores, pero presenta problemas en exterioresExcelente

Dilatacin trmicaCasi igual al acero de bajo carbonoCasi igual al acero de bajo carbono1.5 veces superior al acero de bajo carbono

Conductividad trmicaMitad que la del acero de bajo carbonoMitad que la del acero de bajo carbonoTriple que la del acero de bajo carbono

SoldabilidadbajaMediaExcelente

Propiedades mecnicas de unos tipos de aceros inoxidables3.3 El Nquel y sus Aleaciones:

El Nquel:

El nquel de smbolo Ni es un elemento metlico magntico, de aspecto blanco plateado, utilizado principalmente en aleaciones.

Debido a propiedades como su elevada dureza, maleabilidad, solubilidad en cido ntrico diluido y que presenta propiedades magnticas por debajo de 345 C, entre otras, el nquel tiene numerosas aplicaciones.

El nquel se utiliza mucho en ingeniera qumica por su resistencia a los lcalis, tambin es con disoluciones muy apropiado para trabajar con disoluciones salinas neutras, ya que en presencia de aire forma una capa protectora de hidrxido de nquel. Por lo mismo tampoco le perjudican los iones cloro.

La adicin de cobre mejora su resistencia a la corrosin en medios reductores y en el agua de mar. El cromo aumenta su resistencia a la corrosin en los medios oxidantes. La presencia de molibdeno como aleante aumenta la resistencia en condiciones reductoras. La adicin de cobre y molibdeno mejora la resistencia a la corrosin tanto en medios reductores como en oxidantes.

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PICADURA

Aleciones de Nquel:Las aleaciones de nquel tienen aplicacin variada. Una aleacin muy resistente a la corrosin con 67% de Ni, 28% de Cu, 5% de Fe, Mn, Si y C es el metal Monel de tenacidad superior al acero. Su resistencia en caliente es tambin elevada.

Una aleacin similar es el metal K-monel con cerca del 63% de Ni, 25% de Cu, 5% de Al, 5% de otros metales y 0.2% de C.

El Inconel resiste la accin de los cidos orgnicos, esta aleacin esta compuesta aproximadamente de 80% de Ni, 13% de Cr, 6.55 de Fe y a veces, cerca del 0.2% de Cu, Si y Mn, asi como 0.08% de C.

Las aleaciones Hastelloy A, B, C, D de Ni, Mo y Fe y a veces de Cr y W resisten muy bien a los hidrcidos halogenados como el fluorhdrico y el clorhdrico. El Hastelloy A contiene de 17 a 21% de Fe, 17 a 21% de Mo y el resto de Ni. El Hastelloy B contiene de 3 a 7% de Fe, 21% de Mo y el resto de Ni. Hastelloy C contiene de 4 a 8% de fe, 12 a 16% de cr, 14 a 19% de Mo, de 3 a 5.5% de W y el resto de Ni.

Las cantidades de A y B se utilizan con los cidos clorhdrico, sulfrico, fosforico y los cidos orgnicos, mientras la C es una aleacin de aplicacin universal con disoluciones fuertemente oxidantes, cloro hmedo, hipoclorito y medios similares.

La Hastelloy D con 8 a 10% de Si y 3.85 a4.25% de Cu es particularmente resistente al cido sulfrico. Asi el desgaste producido este cido al 50% y aireado asciende a menos de 0.5 mm/ao.

Las aleaciones Hastelloy B y C se usan como material de recipientes para bromo, junto con el tefln. Cuanto menor se la concentracin del bromo en agua, menor cereal ataque al material.

A temperatura alta se utilizan sobre todo aleaciones de Nimonic. Las calidades mas extendidas son el Nimonic 75 el cual contiene 80% de Ni, 20% de cromo, reforzado con carburos de Titanio, y tambin el Nimonic DS el cual contiene 37% de Ni, 2% de Si y 18% de Ca. La resistencia del Nimonic 75 es todava buena a 1100 C mientras que el Nimonic DS puede servir hasta los 950C. El Nimonic 80 es una aleacin mejorada que contiene pequeas adiciones de Ti y Al. El Nimonic 90 puede someterse a mayores cargas a temperaturas altas gracias a su contenido de Co. El Nimonic 95 muestra la misma exigencia un comportamiento muy favorable respecto a la fluencia lenta.

La soldadura de nquel y monel ofrecen las mismas propiedades que el material base, lo mismo ocurre con el Nimonic, si bien en este caso se requiere un postratamiento trmico.

Las aleaciones de nquel son sensibles al sulfuro de hidrgeno, entre otras sustancias, sobre todo a temperatura alta, producindose un ataque en los limites de grano que perjudican notoriamente la resistencia mecnica del material.

3.4 El Titanio y sus Aleaciones:

El Titanio:

El metal puro de titanio presenta relativamente baja densidad 4.5 g/cc, alta temperatura de fusin 1668 C. La principal limitacin del titanio es su reactividad qumica a elevada temperatura con otros materiales

El titanio es un metal de color blanco plateado y presenta dimorfismo. La resistencia a la corrosin es excelente en casi todos los medios, incluso en el cuerpo humano, mucho mejor que la del acero inoxidable y las aleaciones de aluminio. Este comportamiento se produce a pesar de tener un potencial electroqumico negativo, debido a la gran afinidad que presenta con el oxigeno que comporta la formacin de una capa de oxido muy impermeable y que lo protege contra la corrosin. Esta capa superficial de oxido incrementa su potencial galvanico, comportndose como un elemento catdico frente a la mayora de los metales.

A temperatura ambiente no es atacado por el oxigeno atmosfrico, la humedad, las soluciones alcalinas ni los cidos diluidos. Esta resistencia puede disminuir en ambientes que puedan disolver la capa de oxido, como por ejemplo los iones fluoruro o cloruro. El titanio se disuelve en presencia de hidrcidos y cidos oxidantes concentrados asi como por lcalis en medio en medio oxidante. No parece verse afectado por la corrosin por microorganismos y es muy resistente a la corrosin bajo tensiones presentando un buen comportamiento en corrosin-fatiga. Cabe destacar que el aumento del contenido de hierro empeora la resistencia a la corrosin del material.

Aleaciones de Titanio:El titanio y sus aleaciones son nuevos materiales que poseen extraordinaria combinacin de propiedades, tiene una gran resistencia a la corrosin en agua de mar y en atmsferas industriales, detal manera que no necesitan proteccin. Se utilizan en estructuras de aviones, vehculos especiales y en la industria petroqumica.

Se definen tres tipos de aleaciones de titanio:

Aleaciones tipo alfa

Aleaciones tipo alfa/beta

Aleaciones tipo beta

La fase alfa provoca poca ductilidad, pero un buen comportamiento a fluencia, mientras que la fase beta tiene una buena resistencia en fro y buena conformabilidad. La adicin de diferentes elementos aleantes y la realizacin de procesos termoqumicos permiten obtener un amplio rango de aleaciones de titanio con diferentes propiedades. Mostraremos la siguiente tabla:

Aleacin Ti-0.2Pd

Esta aleacin esta enmarcada dentro de las aleaciones del tipo alfa denominndose segn norma ASTM como Titanio grado 7 o grado 11

Composicin limite de las aleaciones Titanio-PaladioLa superacin del lmite de concentracin de impurezas puede afectar negativamente a la resistencia a la corrosin del material. Sobrepasar el 0.3% de hierro o cobre disminuye la resistencia la corrosin, mientras que parece ser beneficiosa la presencia de entre un 0.2 y 0.3% de nitrgeno. Una cantidad menor de la especificada de paladio puede ser menos efectiva en el objetivo de mejorar la resistencia a la corrosin, mientras que un exceso de paladio no incrementa esta propiedad.

La adicin a las aleaciones de titanio de pequeas cantidades de elementos metalicos del grupo del platino mejoraba notablemente su resistencia a la corrosin en medio de cidos reductores. La adicin de un 0.44% de Paladio al Titanio disminua la velocidad de corrosin en soluciones de cido sulfrico y cido clorhdrico.

El mecanismo bsico para aumentar la resistencia a la corrosin en medio cido de las aleaciones de titanio deriva del ennoblecimiento de la aleacin por adicin de metales del grupo del platino. Los metales nobles como el Platino, Paladio o Rodio desplazan el potencial de corrosin de la aleacin en la direccin mas noble (positiva) con lo cual esta modificacin catdica comporta que la pelcula superficial protectora de oxido Ti2O sea estable y pueda obtenerse la completa pasividad del material en disoluciones de cidos reductores.

Inicialmente la aleacin esta constituida por una disolucin homognea de Paladio en el Titanio y durante la exposicin al medio corrosivo el Titanio se disuelve de forma preferente, ya que el Paladio es inerte en casi todas las soluciones electrolticas. Este proceso comporta un enriquecimiento en Paladio de la superficie de aleacin, producindose un par galvanico entre el Titanio y el Paladio. Por tanto la aleacin, cuando esta expuesta a un medio corrosivo, continuara el proceso de corrosin hasta que una cantidad suficiente de Paladio se cumule en la superficie para provocar la pasivacion espontnea del material. Este enriquecimiento superficial de Paladio acelera la reaccin catdica debido a la disminucin de la sobre tensin de Hidrgeno y consecuentemente mueve el potencial de corrosin de la aleacin hacia la regin pasiva del Titanio.

3.5 El Cobre y sus Aleaciones:

El Cobre:

El cobre es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metlica y color pardo rojizo. Su punto de fusin es de 1083 C y su punto de ebullicin es de 2567 C y tiene una densidad de 8900kg/m3. El cobre forma dos series de compuestos qumicos: de cobre (I) en la que el cobre tiene una valencia de 1, y de cobre (II) en la que su valencia es de 2. Los compuestos de cobre (I) apenas tiene importancia en la industria y se convierten fcilmente en compuestos de cobre (II) al oxidarse por la simple exposicin al aire. Los compuestos de cobre (II) son estables.

El cobre tiene una variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades como son su elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosin asi como su maleabilidad y ductilidad adems de su belleza. Debido a su extraordinaria conductividad solo superada por la plata, el uso mas extendido del cobre se da en la industria elctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier dimetro.

El cobre sin alear es tan blando y dctil que es difcil de mecanizar y tiene una capacidad casi ilimitada de ser trabajado en fro. Adems resiste muy bien la corrosin en la mayora de los medios, incluidos la atmsfera, el agua de mar y algunas industrias qumicas. La resistencia mecnica y a la corrosin del cobre mejoran por aleacin.

Las aleaciones de aluminio son metales mas activos que el cobre, por lo que en presencia de humedad (agua) se corroern. Esta susceptibilidad a la corrosin reduce la vida til de un cable. La humedad puede ingresar al cable durante el transporte , la manipulacin, el almacenamiento a la intemperie o a travs de daos accidentales o fallas en los empalmes o en los terminales.

El agua no causara una corrosin seria en el cable de cobre. Pero el agua en contacto con el conductor de aluminio de un alambre aislado o cable ocasionara una severa corrosin convirtiendo al aluminio en un hidrxido y en gas de hidrogeno. El hidrxido tiene mayor volumen que el metal y su formacin causara una gran expansin perjudicial en la estructura de aislamiento del cable y eventualmente su destruccin. El gas hidrgeno producido puede con frecuencia alcanzar altas presiones con resultados dainos. Los conductores de aluminio requieren proteccin especial y no se pueden usar como equivalentes o en reemplazo de conductores de cobre en ciertas aplicaciones criticas.

PICADURA A continuacin mostraremos la secuencia de la corrosin del cobre:

Aleaciones de Cobre:

El cobre y sus aleaciones basadas en el cobre se utilizan en gran variedad de aplicaciones y tiene mucha importancia desde la antigedad.

Las aleaciones de cobre mucho mas duras que el metal puro presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse en aplicaciones elctricas, se caracterizan por su resistencia a la corrosin casi tan buena como la del cobre puro, y posee cualidades de antifriccin.

En general algunas se asemejan al acero, aunque conservan buena parte de sus propiedades antifriccin, una de ellas es el bronce al aluminio y otras como el bronce al plomo, son especialmente antifriccin pero muy blandas.

La mayora de aleaciones de cobre no pueden ser endurecidos o tensionados por procesos trmicos, para mejorar estas propiedades mecnicas se deben utilizar aleaciones de soluciones slidas.

Las aleaciones de cobre pueden ser las siguientes: latones, bronces y otras aleaciones. Tambin se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y nquel y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de can y la plata alemana o alpaca.

Latones:

Los latones son la aleacin de cobre mas comn. Contiene cobre como disolvente y cinc como soluto, variando su concentracin entre el 20 y 50%. El diagrama de fases que se mostrara es bastante complejo. En la zona de utilidad hay dos fases: la alfa que es una solucin slida de cinc en el cobre con estructura cbica compacta y la fase beta que es una disolucin slida pero con estructura cbica centrada en el cuerpo. Segn l composicin los latones son alfa o bien alfa + beta. La fase alfa presenta mayor elasticidad y buenas propiedades para ser trabajado en fro, son relativamente blandos, dctiles y fciles de deformar plsticamente. El latn naval se le aade Sn aproximadamente 10% para evitar la corrosin. A los latones se le puede aadir otros metales para mejorar las propiedades mecnicas como el Pb, Al, Ni. No hay aleaciones comerciales de latones con un contenido de cinc superior al 50% ya que la presencia de la fase gamma hace a la aleacin muy frgil por lo que pierde el inters industrial.

Diagrama de fases Cu-Zn (latones)El latn es fcil de tornear, grabar y fundir, es altamente resistente al ambiente salino por lo que se emplea en construccin de barcos.

Hay latones laminados y latones fundidos. Los tipos de latones mas importantes son: la Tumbaga que contiene de 10 a 20% de cinc, el latn para chapas que contiene 45% de cinc, el latn para tornillos que contiene 40% de cinc, el latn de soldadura que contiene 50% de cinc.

Bronces:

Son aleaciones de cobre con estao y pueden contener otros elementos. El diagrama de fase binario Cu-Sn se representa en la siguiente diagrama. Estas aleaciones son mas resistentes mecnicamente y a la corrosin que los latones. Aunque el diagrama d fases indica que la solubilidad del Sn en el cobre es hasta un 14% para dar la fase alfa, si el contenido de la aleacin es mayor del 5% en estao se obtiene una microestructura con fase metaestable. Esta fase se puede eliminar por recocido lento. La fase alfa se puede maquinar en fro y no suele contener mas del 7% del estao. El bronce de estao se suele utilizar con fines decorativos y ornamentales, as como donde se requiere elevada resistencia a la corrosin, y buena resistencia a la traccin. Empleo como cojinetes, forros metlicos y engranajes.

Diagrama de fases Cu-Sn (bronces)El bronce es ms resistente y duro que cualquier otra aleacin comn, excepto el acero que lee supera en resistencia a la corrosin y facilidad de lubricacin. El cinc, plomo y otros metales se encuentran en el bronce que se fabrica hoy. Estas aleaciones son mas resistentes que los latones y tienen mas resistencia a la corrosin.

Se aplican cuando se requiere elevada resistencia a la corrosin y buena resistencia a la traccin y muy buena resistencia al desgaste. Las aleaciones cobre-estao contienen de 83 a 98% de cobre y 15% de estao y algunas tienen adems cinc, plomo y nquel. Los bronces para colar como el similar, tumbaga o latn cobrizo, segn norma DIN1705 son bien aptas para ser coladas que son resistentes contra el agua de mar. Los bronces para forja segn la norma DIN17662 se emplean en la fabricacin de chapas, alambres, tubos y barras mediante conformacin en caliente o fro, se emplean para resortes que hallan de ser resistentes a la corrosin para resortes de contacto en la industria elctrica para membranas y para rganos de deslizamiento.

Tambin se llaman bronces las aleaciones aquellos que contienen otros metales distintos del estao siempre que predomine notablemente el cobre. Los nombre de las variedades de bronce provienen de los componentes adicionales, como el bronce al aluminio, el bronce al manganeso, el bronce al fsforo, bronce de silicio, bronce de magnesio.

Las aleaciones de cobre-aluminio se distinguen por su elevada resistencia a la traccin, su gran tenacidad y su buena resistencia a la corrosin. Estas aleaciones son relativamente modernas. Sus aplicaciones son de cuerpos de bombas, impulsores y turbinas hidrulicas, engranajes, bujes y pernos para mecnica pesada.

Las aleaciones para colar G-CuAl18Mn son apropiadas para hlices de barco, alabes de turbina y armaduras en la industria del aceite por su gran resistencia a la corrosin y frente al agua de mar.

El Cobre al berilio constituyen una generacin resistente de aleaciones de cobre de alta resistencia, tiene excelentes propiedades elctricas y resistencia a la corrosin y al desgaste en presencia de lubricantes. La adicin de un 20% de berilio al cobre forma una aleacin no magntica

Las aleaciones cobre-nquel-cinc contienen de 45 a 65% de cobre, de 10 a 25% de nquel, de 15 a 42% de cinc. El nquel confiere a estas aleaciones el color blanco argentado. Cuanto mas alto es el contenido de nquel tanto mejor es la resistencia a la corrosin.

3.6 El Aluminio y sus Aleaciones:

El Aluminio:El aluminio es el elemento mas abundante en la corteza terrestre despus del silicio, el aluminio puro se le puede emplear directamente en muchas aplicaciones y tambin se puede alear con otros elementos como Cu, Si, Mg, Zn, Mn y a veces con Sn, Zr, B en aleaciones modernas de aluminio, las aleaciones que contienen litio aumenta la ligereza del aluminio y sus mdulos de elasticidad y resistencia y se le emplea en la industria aeroespacial.

La principal ventaja del aluminio es su ligereza y su resistencia especifica, es tres veces mas ligero que el acero y en proporcin a su densidad casi tan resistente a la traccin como el acero. No se corrompe en contacto con el aire libre aun en zonas costeras salinas gracias a la acumulacin de una capa protectora superficial de oxido de aluminio que se forma naturalmente. Estas excelentes caractersticas revoluciono el empleo de metales en todas las industrias incluida el transporte en el cual su ligereza hace que se ahorre combustible.

Es buen conductor elctrico como el cobre pero mas barato tambin es estupendo conductor trmico.

Lo malo del aluminio es que su punto de fusin es de 660 C es bajo comparado con hierro y aceros y esto podra resultar una desventaja en su resistencia trmica pero gracias a modernos tratamientos y procesos se esta consiguiendo que algunas aleaciones tratadas de aluminio no fundan ni se debiliten pasados los 660 C como para motores que tienen gran exigencia trmica.

El comportamiento frente a la corrosin del aluminio es sensible a pequeas cantidades de impurezas en el metal, muchas de las cuales a excepcin del magnesio tienden a ser catdicas con relacin al aluminio. El metal de alta pureza es mucho mas resistente a la corrosin que el metal de pureza comercial que a su vez es mas resistente que las aleaciones de aluminio.

El aluminio tiende a atacarse localmente en medios que contienen cloruros y en reas de estancamiento en las que desaparece la pasividad por la formacin de pilas de aireacin diferencial. Las pequeas cantidades de Cu+2 o de Fe+3 en el agua, tambin son eficaces para alterar la pasividad, debido a la formacin de pilas galvanicas entre el aluminio y el cobre o hierro depositado que estimulan la disolucin del aluminio en reas locales.

El aluminio se corroe con mayor rapidez en medios cidos o en lcalis que en medio neutro. La velocidad de corrosin en medios cidos depende de la naturaleza del anion.

El aluminio resiste bien la corrosin en los siguientes medios: NH4OH, cido actico y muchos cidos orgnicos, cidos grasos, cido ntrico mayor a 80%, agua destilada, atmsfera no marina, azufre y atmsferas sulfurosas y gases refrigerantes sulfurados. Por lo contrario la resistencia a la corrosin del aluminio es baja en : cidos fuertes tales como HCl, HBr, H2SO4 y HF, lcalis, mercurio y sus sales, agua de mar, aguas con iones de metales pesados, disolventes clorados y alcoholes a temperaturas elevadas.

La corrosin por picadura representa la forma mas comn de corrosin del aluminio, particularmente en soluciones que contienen cloruros. Ello ocurre bajo condiciones en las que la capa pasiva no es completamente protectora. Las picaduras son consecuencia de la accin localizada en presencia del electrolito, frecuentemente en condiciones neutras, cuya capa pasiva es estable, se ha propuesto que la capa de oxido se repasiva continuamente. La presencia de iones agresivos dificulta la repasivacion.

PICADURA

Aleaciones de Aluminio:

El aluminio y sus aleaciones se caracterizan por la baja densidad 2.7g/cc comparada con la del acero 7.9g7cc, alta conductividad elctrica y trmica y buena resistencia a la corrosin.

Las aleaciones de aluminio suelen contener Cu, Mn, Mg, Si, Zn y Li en proporciones variables entre el 0.1 y el 5%.

Aleaciones Al-Cu:

Tienen alta resistencia a la fractura por lo que se utiliza en partes estructurales de aviones, carroceras de automviles y autobuses, tanques de combustibles. En esta aleacin el cobre no debe ser mayor de 10% porque lo hace al material excesivamente duro y frgil.

Duraluminio:

Contiene 96% de aluminio y 4% de cobre, es una aleacin muy utilizada en casas (puertas y ventanas), transporte, etc.

Aleaciones Al-Mn:

Son fciles de soldar e inertes qumicamente y se utilizan en tanques de almacenaje, latas para bebidas refrescantes, caeras.

Aleaciones Al-Si:

Tienen bajos puntos de fusin por lo que se utilizan en alambres de soldadura y para piezas fundidas.

Aleaciones Al-Mg:

Tienen alta resistencia a la corrosin, buena capacidad para ser soldadas y trabajadas y se utilizan en aplicaciones martimas.

Aleaciones Al-Mg-Si:

Tienen buena resistencia al calor.

Aleaciones Al-Zn:

Tienen alta resistencia a las tensiones y al calor y encuentran aplicaciones en componentes de aeronaves.

Aleaciones Al-Li:

Tienen muy baja densidad y son moderadamente resistentes al calor con aplicaciones aeroespaciales.

Aleaciones Al-Si-Cu:

Tienen alta resistencia a la tensin.

3.7 El Magnesio y sus Aleaciones:

El Magnesio:

El magnesio metlico es blando y tiene como caracterstica principal su baja densidad, que es aproximadamente 1.74g/cc siendo el material metlico estructural mas ligero. Al ser casi tan ligero como el plstico, el magnesio ofrece la ventaja de una mayor resistencia y rigidez junto con un durabilidad, disipacin de calor y plena capacidad de reciclaje inherentes.

El magnesio a diferencia del aluminio no se usa mucho en forma no aleada para construcciones. En consecuencia es la resistencia a la corrosin de las aleaciones de magnesio la que interesa mas. En cuanto a la corrosin galvanica, el magnesio posee el mas elevado potencial de electronegatividad de los metales estructurales y en consecuencia una gran tendencia a polarizarse anodicamente en soluciones salinas. Deben tomarse las siguientes medidas: el metal de unin no debe ser muy dismil, poseer tratamientos protectores adecuados, utilizar algn dispositivo que incremente la resistencia o inhibir la celda galvanica qumicamente. El aluminio de alta pureza 99% es compatible galvanicamente con el magnesio, pero pequeas cantidades de impureza 0.02%, hierro o cobre disminuye la compatibilidad.

Aleaciones de Magnesio:Para las aplicaciones de ingeniera del magnesio se alea con uno o varios elementos de un grupo que comprende el cinc, aluminio, manganeso, zirconio y el cobre para producir algunas de las aleaciones que tienen las mas elevadas razones de resistencia de peso, entre los materiales metlicos estructurales. Casi todas las aleaciones de magnesio que han tenido xito en la prctica llevan aluminio, cinc y manganeso.

El aluminio y el cinc se introducen para elevar la resistencia mecnica, el manganeso para elevar la resistencia a la corrosin y para afinar el tamao de grano, se utiliza el zirconio y los metales de las tierras raras, el berilio se utiliza para disminuir la tendencia a la inflamacin durante la colada.

Las caractersticas mas notables que hacen que las aleaciones de magnesio ofrezcan inters comercial son: su poco peso, la facilidad con que se trabaja, la adaptabilidad a muchos procesos de fabricacin y montaje, su buena conductividad trmica y elctrica. Otras caractersticas que hacen que las aleaciones de magnesio sean muy requeridas son que no presentan ningn peligro de toxicidad conocido.

Las aleaciones de magnesio se encuentran en el comercio en casi todas las formas usuales para los metales, entre ellas tenemos: lingotes, piezas fundidas en arena, moldes permanentes y en matrices, piezas forjadas, barras, varillas, planchas, laminas. Las aplicaciones mas usuales de las aleaciones de aluminio son: en piezas de automviles, de aviones, en miembros artificiales, aspiradoras, instrumentos pticos, y en productos tales como esques, carretillas.

Las aleaciones de magnesio son bastante susceptibles a la corrosin marina, y resistentes en las condiciones atmosfricas.

Las aleaciones suelen contener aluminio en una proporcin cercana al 10% y Mn y Zn en proporciones variables entre 0.5 y 55.

Aleacin LA 141:

Contiene 85% de magnesio, 14% de litio y 1% de aluminio y es extremadamente dura y ligera que se emplea en componentes aeroespaciales.

El magnesio aleado posee buena resistencia a la fatiga y se comporta particularmente bien en aplicaciones que involucran un gran numero de ciclos de tensiones relativamente bajas. Sin embargo, el metal es sensible a la concentracin de tensiones, por lo que deberan evitarse muescas, aristas agudas y cambios abruptos de seccin.

Aleacin de Magnesio y Aluminio:

Sus aleaciones presentan una gama extendida de caractersticas mecnicas medias, buena soldabilidad general, excelente comportamiento a bajas temperaturas, asi como el agua de mar y en atmsfera marina. Su aptitud a la deformacin, buena en bajos contenidos de magnesio, disminuye a medida que este aumenta. En el caso de aplicaciones particulares que requieran calentamientos a temperaturas superiores a 65 C en atmsfera hmeda o agresiva, deben ser tomadas precauciones al escoger la aleacin y el estado sobre todo para aleaciones que contengan mas de un 3.5% de magnesio. Sus aplicaciones son muy variadas: edificacin, construccin naval (cascos, superestructuras), industria qumica (desalamiento del agua marina, fabricacin de fertilizantes, aditivo del caucho, fabricacin de cosmticos) y alimentaria (envases, utensilios), transporte (fabricacin de piezas de aviones, volquetes, cisternas, carroceras) y mecnica (calderera).

3.8 El Estao y sus Aleaciones:

El estao:

El estao es un elemento qumico de smbolo Sn. Tiene un punto de fusin de232 C y un punto de ebullicin de 2260 C con una densidad relativa de 7.28 g/cc. Es muy dctil y maleable a 100 C de temperatura y reacciona con cidos y bases fuertes, pero es relativamente inerte frente a soluciones neutras. Se puede alear fcilmente con casi todos los metales.

El estao se emplea por su ductilidad, suavidad de superficie, resistencia a la corrosin y cualidades higinicas principalmente en chapas, tubos, alambres y tubos plegables.

En forma de hojalatas se usa como capa protectora para recipientes de cobre, de otros metales utilizados para fabricar latas y artculos similares.

Aleaciones de Estao:Las aleaciones de estao poseen gran resistencia a la corrosin en la atmsfera y en los medios acuosos.

Las aleaciones mas utilizadas son las soldaduras blandas que se emplean para cierres y juntas de metales, el material de aportacin es una aleacin de estao y cobre. El material de aportacin para usos especiales se contribuye de aleaciones de estao, antimonio, plata, indio y cinc.

Aleaciones L-Sn60Pb:

Estas aleaciones contienen de 12 a 90% de estao y adems plomo, antimonio, bismuto o cadmio.

El estao se usa aleado con titanio en la industria aeroespacial y como ingrediente de algunos insecticidas.

Los elementos de aleacin como el cobre, antimonio, bismuto, cadmio o la plata aumentan su dureza.

3.9 El Cinc y sus Aleaciones:

El Cinc.

El cinc electroltico es puro y tiene cualidades superiores como por ejemplo una mayor resistencia a la corrosin.

El metal se usa principalmente como capa protectora o galvanizado para el hierro y el acero y como componente de distintas aleaciones como el latn. Tambin se utiliza en las placas de las pilas (bateras) elctricas secas y en las fundiciones troquel.

El oxido de cinc conocido como cinc blanco se usa como pigmento en la pintura.

Aleaciones de Cinc:Las aleaciones de cinc segn la norma DIN 1743, se emplean predominantemente en forma de aleaciones de cinc fino para colar con adiciones de aluminio y cobre.

Aleacin GD-ZnAl6Cu:

La aleacin de cinc fino para fundir sirve para la fabricacin de piezas coladas de todas clases y tambin de cojinetes y ruedas helicoidales que no hayan de estar sometidas a una presin muy alta.Aleacin GD-ZnAl14Cu:

Con estas aleaciones se elaboran piezas con gran precisin y de calidad superficial. Las piezas moldeadas a presin con las aleaciones de cinc poseen numerosas aplicaciones, se han utilizado mucho en la industria aeronutica, en forma de chapas laminadas con gran reduccin en el punzonado de chapas de aluminio aleado y de acero delgado.

Estas aleaciones son muy tiles en la industria del automvil, en la electricidad y para construir maquinas ligeras.

Aleaciones de cinc forjadas:

Estas aleaciones se pueden obtener en forma de chapa o banda de laminacin en varillas y otras estructuras por compresin y en alambre por estirado.

Estas aleaciones resisten bien la corrosin ambiental, si bien en contacto prolongado con la humedad se forman productos blancos de corrosin.

Aleaciones Frricas

Aceros C EMBED Equation.3 2%

Fundiciones C>2%

Aleados

Muy aleados

Al menos un elemento de aleacin EMBED Equation.3 5%

No aleados

Inoxidables

Fe+Cr ( EMBED Equation.3 10.5%)+C

Ferrticos

Fe+Cr (10.5/30%)

+C (0.015/0.08%)

Dbilmente aleados

Elementos en aleacin cada uno