DETERIORO DETERIORO

O O

DAÑO DAÑO DAÑO DAÑO

EN EN

SERVICIOSERVICIO

FORMAS DE DETERIORO O FALLAS MÁS FORMAS DE DETERIORO O FALLAS MÁS

CORROSIÓNFATIGA CREEP

Deterioro producido como

consecuencia de la pérdida de

material por acción del medio

sin acción mecánica

Condiciones necesarias:

Cargas fluctuantes

Tensiones elevadas

Tiempo

Temperaturas elevadas y tensiones

relativamente altas.

Cambios estructurales y

cambios químicos

FORMAS DE DETERIORO O FALLAS MÁS FORMAS DE DETERIORO O FALLAS MÁS FRECUENTES DE LOS METALES EN SERVICIOFRECUENTES DE LOS METALES EN SERVICIO

FRACTURA FRAGIL

OTRASShock térmico

Vibraciones

Golpe de ariete

Fallas materiales

Fallas de fabricación

Fallas de diseño

Cargas externas

Bajas temperaturas

Cargas dinámicas

Fragilidad por revenido

DESGASTEDeterioro

producido por la combinación de

fuerzas mecánicas y el medio

circundante.

“Se entiende por corrosión al ataque no intencionadono intencionadodel material por parte del medio circundante”

Este produce un deterioro de sus propiedades mecánicas, físicas o bien de su aspecto. El grado de daño puede llegar a inutilizar la

pieza o desencadenar su rotura. El mismo tiene lugar o comienza en en la superficiela superficiey en los metales tiene naturaleza electroquímica o electroquímica o

químicaquímica.

CORROSIÓNCORROSIÓN

CORROSIÓN: UN PROCESO NATURAL E IRREVERSIBLE

Es posible definir la corrosión desde un punto de vista más qu ímico como el transito de un

metal de su forma elemental a su forma iónica o combinada con c esión de electrones a un

no metal como el oxígeno, el hidrógeno o el azufre, por ejempl o. Es decir, el metal, a través

de la corrosión, retorna a la forma combinada formando óxido s, sulfuros, hidróxidos, etc.,

que es como los metales se encuentran habitualmente en la nat uraleza por tratarse de

formas termodinámicamente más estables.

El proceso de corrosión es natural y espontáneo, y cuanto may or es la energía gastada

en la obtención del metal a partir del mineral, tanto más fáci lmente el metal revierte al

estado combinado, es decir, tanto más favorecida termodinámicamentetermodinámicamente está la reacción

de corrosión

CORROSIÓN: CINÉTICA

Los metales no son atacados con la misma velocidad e incluso a lgunos presentan

aparente inmunidad frente a ciertos medios. Este comportam iento obedece al hecho que la

cinética del proceso corrosivo muchas veces parece contrad ecir a la termodinámica. La

velocidad no depende únicamente de la fuerza impulsora (dis minución de la energía) sino

que también es afectada por otros factores externos como ser :

Factores que definen el medio

reactivo

Factores vinculadas al material

Factores que definen

las condiciones de empleo

•Concentración del reactivo

•Contenido de oxígeno

•pH del medio

•Adición de inhibidores

•Temperatura

•presión

•Tipo de material, composición de la

aleación

•Proceso de elaboración

•Impurezas

•Tratamientos mecánicos

•Adiciones protectoras

•Estado de la superficie

•Forma de las piezas

•Solicitaciones mecánicas

•Diseño de las uniones

•Envejecimiento (tiempo, temperatura o radiación UV)

•Modificación de los revestimientos

PÉRDIDAS ECONÓMICAS POR CORROSIÓN

Sin menoscabar la importancia que tiene con relació n a otros aspectos, la principal

motivación para el estudio de la corrosión es, sin duda, de índole económica .

La corrosión es un fenómeno que puede afectar práct icamente a cualquier material y

cuando ésta no es prevenida o controlada puede redu cir significativamente la vida útil

esperada o la eficiencia de componentes, equipos, e structuras e instalaciones e incluso

provocar su rotura.

Las pérdidas económicas derivadas de la falla por falla por Las pérdidas económicas derivadas de la falla por falla por

corrosióncorrosión se pueden dividir en:

Pérdidas directas: se relacionan con los costos

necesarios para la reposición de estructuras, equip os,

maquinaria o componentes que pueden quedar

inservibles por efecto de la corrosión.

Pérdidas indirectas o “ daños colateralesdaños colaterales ”: aquellas surgidas de interrupciones no

programadas, pérdidas de productos, contaminación d e productos, pérdidas de

rendimiento, pérdidas por sobrematerial previsto po r corrosión, pérdidas por accidentes.

Cos

to $

$

Curva III: Costo total ( I + II )

ANÁLISIS DE COSTOSA su vez los costos de la corrosión se dividen en:

Costos derivados de la corrosión: Los que surgen de considerar las perdidas directas e

indirectas antes mencionadas (curva I).

Costos derivados de la prevención de la corrosión: Mantenimiento preventivo,

recubrimientos, mejora de la metalurgia utilizada, etc (curva II)

Seguridad y Confiabilidad

Cos

to $

$

I

IIIII

FO

RM

AS

DE C

OR

RO

SIÓ

NFO

RM

AS

DE C

OR

RO

SIÓ

N

Biológica

Según la Naturaleza

Húmeda

Seca

Según el Mecanismo

Química

Electroquímica

Uniforme

Según su Morfología

Microscópica localizada

Macroscópica localizada

FO

RM

AS

DE C

OR

RO

SIÓ

NFO

RM

AS

DE C

OR

RO

SIÓ

N

Galvánica Intergranular

Picadura

Cavitación

Erosión - Corrosión

Disolución selectiva

Rendija

Exfoliación

SCC

Un metal idealmente puro sumergido en un electrolito homogéneoproduce iones (M+) que pasan a la solución

mientras que aparecen cargas negativas en el metal.

El paso de más iones (M+) a la solución se ve impedido en el tiempo pues debe vencer la repulsión de los iones que ya están en solución y la atracción del exceso de cargas negativas del metal. En consecuencia el metal

POTENCIAL POTENCIAL

DEDEDISOLUCIÓNDISOLUCIÓN

-++++

+

++

+++ +

---

- - ----

Fuerza impulsora de la corrosión húmeda

CORROSIÓN CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA O HÚMEDAELECTROQUÍMICA O HÚMEDA

cargas negativas del metal. En consecuencia el metal tiende hacia un potencial estacionario respecto al

electrolito.

Este potencial se alcanza casi instantáneamente y la disolución del metal se detiene.

Se trata de un equilibrio dinámico existiendo movimiento de cargas eléctricas pero no existe un flujo de cargas neto en un sentido. Corriente de corrosión cero.

Es una situación ideal y los sistemas reales generalmente se apartan de ella por cuanto los metales utilizados como así también los electrolitos no son idealmente puros ni

homogéneos.

++

++

+

++

------

Este potencial entre el metal y el

Cada elemento, fase, compuesto, etc. manifiesta un potencial de disolución diferente frente a un determinado med io.

CORROSIÓN CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA O HÚMEDAELECTROQUÍMICA O HÚMEDA

Este potencial entre el metal y el electrolito no es mensurable pero si se

puede determinar la diferencia de potencial entre dos especies metálicas

diferentes sumergidas en el mismo electrolito si los conectamos

eléctricamente entre si.

SERIE GALVÁNICA

Potencial estándar

POTENCIALES DE DISOLUCIÓN POTENCIALES DE DISOLUCIÓN ESTÁNDAR (para agua aireada)ESTÁNDAR (para agua aireada)

Más catódicoscatódicos

Más anódicos

ánodo

Solución

REACCIÓN ANÓDICA

−+ +→ nn e)dis(M)s(M

MEDIO Productos de la

CORROSIÓN CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA O HÚMEDAELECTROQUÍMICA O HÚMEDA

cátodo

Solución ácida

MEDIO(ELECTROLITO)

REACCIONES CATÓDICAS

de la corrosión

2H+ + 2e- → H2

O2 + 4H+ + 4e- → 2 H2O

O2 + 2H2O + 4e- → 4(OH-)

Consiste en dos reacciones químicas. Una reacción de oxidación o anódica donde el metal pierde electrones de valencia formándose cationes que pasan al electrolito.

En la otra reacción denominada de reducción o catódica donde los electrones cedidos son transferidos a otra entidad química y donde la dilución del metal se ve

impedida.En consecuencia una reacción electroquímica debe constar de al menos una de cada una de estas reacciones. La carga neta es nula por lo que la velocidad de

ambas reacciones debe ser la misma y todos los electrones generados en el ánodo deben ser consumidos en el cátodo. El resultado de todo esto es la disolución del

RESUMEN

deben ser consumidos en el cátodo. El resultado de todo esto es la disolución del ánodo o sitios anódicos.

¿Donde se localizan los sitios anódicos y catódicos en la pieza metálica?

¿En función de que factores se establece la verdadera densidad de corriente de corrosión?

CUESTIONES SIN RESPONDER ¡¡¡¡¡¡

CORROSIÓN ELECTROQUIMICA POR HETEROGENEIDAD DEL MET ALCORROSIÓN ELECTROQUIMICA POR HETEROGENEIDAD DEL MET AL

Cualquier metal o aleación contiene heterogeneidades físicas o químicascuyo potencial de disolución es generalmente distinto al de la matriz. En estos casos

nos encontramos ante un electrodo compuesto que contiene microcátodos y microánodos en corto circuito y cuya posición es desconocida.

Cuando este electrodo es

sumergido en un electrolito se

produce un proceso

electroquímico donde los ánodos electroquímico donde los ánodos

resultan corroídos. Se establecen

infinitas micropilas galvánicas.

CORROSIÓN ELECTROQUIMICA POR HETEROGENEIDAD DEL CORROSIÓN ELECTROQUIMICA POR HETEROGENEIDAD DEL REACTIVO DE ATAQUEREACTIVO DE ATAQUE

Solución no aireada o estancaSolución no aireada o estanca: En la superficie se forma la doble capa. Al estar la solución en contacto con el aire, el oxígeno difundirá de

arriba hacia abajo. El oxígeno será absorbido en la superficie del metal donde captará los

electrones de la capa para formar iones (HO)-.

Hierro

O2 O2

cátodos

O2 + 2H2O + 4e- → 4(OH-)(HO)-

Solución de cloruro de sodio

Herrumbre

cátodos

ánodos

La región superior del metal tomará pues una carga menos negativa que la región inferior donde el oxígeno no llega. En virtud de lo anterior se establece una circulación de

electrones de abajo hacia arriba a través del metal. La llegada de electrones se opone a la formación de iones Fe++ y a la vez favorece a

la ionización del oxígeno.

Será pues la región superior la que se constituye como cátodo y la inferior más

negativa como ánodo.

(HO)

Fe++

e-e-

Fe(HO)3

Fe+++

CORROSIÓN ELECTROQUIMICA POR HETEROGENEIDAD DEL CORROSIÓN ELECTROQUIMICA POR HETEROGENEIDAD DEL REACTIVO DE ATAQUEREACTIVO DE ATAQUE

Solución aireada uniformementeSolución aireada uniformemente: En este caso los cátodos aparecen donde el oxígeno alcanza

la superficie metálica. La posición de estos puntos varía con el tiempo, por lo que no es posible individualizar ánodos y cátodos, los cuales se desplazan constantemente por la

superficie del metal. La corrosión se manifiesta de una manera uniforme en toda la

extensión de la probeta.extensión de la probeta.

Productos de la

corrosión

Disolverse

Desprenderse como un gas

Formar un film

Para que el proceso electroquímico prosiga con cierta velocidad es necesario como Para que el proceso electroquímico prosiga con cierta velocidad es necesario como vemos que los productos de la corrosión generados en el ánodo o en el cátodo sean vemos que los productos de la corrosión generados en el ánodo o en el cátodo sean

continuamente eliminados del lugar.continuamente eliminados del lugar.

corrosiónfilm insoluble adherenteFormar un

compuesto insoluble no adherente

La disposición de los productos de la reacción (tanto los anódicos como los La disposición de los productos de la reacción (tanto los anódicos como los catódicos) es frecuentemente decisiva para controlar la velocidad con la cual se catódicos) es frecuentemente decisiva para controlar la velocidad con la cual se

corroe un metal.corroe un metal.

Una gota de cloruro de Sodio en una superficie de a cero o hierro

E1 – E3ic =

R2 + R4R4

e- E3E1

R2

PASIVACIÓN

Muchos metales y aleaciones bajo determinadas condiciones (tipo de ambiente, temperatura, concentración de reactivo, etc.) aumentan su resistencia química e

incluso se convierten en inertes. Este fenómeno se conoce con el nombre de pasivación.

El fenómeno de la pasivación resulta de la formación de una capa o film muy delgado de óxido altamente adherente, compacto e impermeable que se forma sobre la

superficie del metal el cual sirve de barrera protectora.

Medio

Algunos de los metales que muestran este comportamiento son el aluminio, cobre, cromo, hierro, níquel, titanio y muchas de sus aleaciones.

Metal

MO(óxido metálico adherente)Medio

MATERIAL

OXÍGENO

+

+

CORROSIÓN SECA O GASEOSACORROSIÓN SECA O GASEOSA

Mat

eria

les

ines

tabl

es fr

ente

al o

xíge

no

ENERGÍA

ÓXIDO DEL MATERIAL

+

=

Mat

eria

les

ines

tabl

es fr

ente

al o

xíge

noM

ater

iale

s es

tabl

es

Cuando un metal esta expuesto a un gas oxidante a elevada temperatura, el proceso corrosivo puede darse por medio de una reacción directa con el gas, sin necesidad de la presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión se conoce como corrosión seca, gaseosa u oxidación a alta temperatura.

CORROSIÓN SECA O GASEOSACORROSIÓN SECA O GASEOSA

Capa de óxido

El espesor de la capa de óxido crece como resultado de la reacciones que tienen lugar en las interfases óxido/gas y metal/óxido debido al movimiento de iones a través de la capa de

óxido comportándose como un electrolito sólido.

CORROSIÓN SECA O GASEOSACORROSIÓN SECA O GASEOSA

• Inicialmente el film de óxido crece Inicialmente el film de óxido crece Inicialmente el film de óxido crece Inicialmente el film de óxido crece

rápidamente. Si es un sólido poroso rápidamente. Si es un sólido poroso rápidamente. Si es un sólido poroso rápidamente. Si es un sólido poroso

que cubre toda la superficie la que cubre toda la superficie la que cubre toda la superficie la que cubre toda la superficie la

velocidad inicial de la reacción velocidad inicial de la reacción velocidad inicial de la reacción velocidad inicial de la reacción

disminuye a medida que el espesor disminuye a medida que el espesor disminuye a medida que el espesor disminuye a medida que el espesor

crece y la cinética de la reacción crece y la cinética de la reacción crece y la cinética de la reacción crece y la cinética de la reacción

comienza a ser controlada por el comienza a ser controlada por el comienza a ser controlada por el comienza a ser controlada por el

CORROSIÓN SECA O GASEOSACORROSIÓN SECA O GASEOSA

comienza a ser controlada por el comienza a ser controlada por el comienza a ser controlada por el comienza a ser controlada por el

movimiento de las especies reactivas a movimiento de las especies reactivas a movimiento de las especies reactivas a movimiento de las especies reactivas a

través del film. A partir de ese través del film. A partir de ese través del film. A partir de ese través del film. A partir de ese

momento el transporte de iones es momento el transporte de iones es momento el transporte de iones es momento el transporte de iones es

función de varios factores como ser función de varios factores como ser función de varios factores como ser función de varios factores como ser

diferencias de potencial, gradientes de diferencias de potencial, gradientes de diferencias de potencial, gradientes de diferencias de potencial, gradientes de

concentración, migración a través de concentración, migración a través de concentración, migración a través de concentración, migración a través de

caminos preferenciales y por lo tanto caminos preferenciales y por lo tanto caminos preferenciales y por lo tanto caminos preferenciales y por lo tanto

la velocidad de corrosión varia. la velocidad de corrosión varia. la velocidad de corrosión varia. la velocidad de corrosión varia.

CORROSIÓN SECA O GASEOSACORROSIÓN SECA O GASEOSA

Estas son las características deseadas en la capa de óxido para que actúe como capa protectora:

• Estabilidad termodinámica alta. Su formación debe prevalecer frente a otros productos de corrosión.• Baja presión de vapor de forma que el film sea sólido y no se evapore a la atmósfera.• La relación Pilling-Bedworth debe ser mayor a 1 pero menor a 2 para que el • La relación Pilling-Bedworth debe ser mayor a 1 pero menor a 2 para que el óxido cubra completamente la superficie y a su vez no de lugar a altas tensiones de compresión que lo quiebren y desprendan.• Un bajo coeficiente de difusión de las especies reactivas (cationes de metal o aniones corrosivos O-), de esta forma la tasa de crecimiento de la capa es baja.• Alta punto de fusión.• Buena adherencia con el metal, esto generalmente se logra con un coeficiente de expansión térmica semejante al del metal y cierta plasticidad a alta temperatura con lo que se evita la fractura debido a las tensiones originadas por los ciclos térmicos.

Film no protector: poroso

W = A * t

W2 = B * t

Film protector: compacto

CORROSIÓN SECA O GASEOSACORROSIÓN SECA O GASEOSA

La velocidad de ataque aumenta sustancialmente con la temperatura en la mayoría de los aceros e inoxidables.

Los materiales son inestables frente al oxígeno. En virtud de ello se oxidan en ambientes secos. La velocidad de

corrosión esta controlada por la difusión de IONES y o la conducción de ELECTRONES a través de la capa de óxido que se forma en la superficie del material. Debido a que la

CONCLUSIONES

que se forma en la superficie del material. Debido a que la difusión es un proceso activado térmicamente la corrosión seca recrudece a medida que la temperatura aumenta. A bajas temperatura una finísima capa de óxido alcanza a

formarse en las superficies inestable pero la cinética es tan lenta que la pérdida de material resulta despreciable.

El mecanismo electroquímico tiene muchas similitudes a la corrosión seca, no obstante se destacan 3 diferencias:

1. Los iones M+ como O-2 se mueven mejor en estado líquido que en estado sólido.

2. Los electrones viajan con facilidad en el materiales

CORROSIÓN CORROSIÓN HÚMEDA VS SECAHÚMEDA VS SECA

2. Los electrones viajan con facilidad en el materiales conductores (metales).

3. Generalmente los depósitos o residuos que se forman no se depositan sobre la superficie o si lo hacen no resultan tan eficaces para proteger el material (caso del hierro por ejemplo).