CORROSION METALICA

Ing. Leiva Azuaga Agripina

SUBSUELO (Mineral de

hierro: óxidos, sulfuros)

HERRUMBRE (óxido de hierrro

hidratado)

Tubería enterrada

ADICIÓN DE ENERGÍA

METALURGIA

Tanque de almacen.

CORROSIÓN

ACCIÓN DEL AMBIENTE(Humedad, contaminates,

etc.)

• PROCESAMIENTO

• REFINACIÓN

• FUSIÓN EN HORNO

• COLADA

• LAMINACIÓN

• FORJA - MERCADO

LA CORROSIÓN COMO UN PROCESO INVERSO A LA METALURGIA

CORROSIÓN = enfermedad de los metales

La corrosión es por lo tanto un

proceso natural y

espontáneo

Cuanto mayor ha sido la

energía gastada en la obtención del metal, tanto

mayor será la facilidad para

corroerse

METALES

ACTIVOS

METALES NOBLES

DEFINICION: Es la transformación indeseable de un material como consecuencia del medio que lo rodea. Es una interacción físico-química entre el metal y el medio que ocasiona modificaciones de las propiedades: Deterioro; Reacciones; Ataques.

Velocidad: (mm/año); (mg/dm2.día); (g/cm2.día); yd mdy

w = i.A.t.M / nF W= peso del metal i = densidad de corriente A = área

M = masa atómica del metaln = número de electrones F = constante de Faraday = 96500 A.s/mol.

IMPORTANCIA DE LA CORROSIÓN

FACTOR SEGURIDAD Fallas por corrosión de equipos o sistemas técnicos con consecuencias de pérdida de

vidas humanas

FACTOR CONSERVACIÓN Las fuentes de los metales (minerales), reservas de los mismos son

limitados.

FACTOR ECONÓMICO Gastos directos e indirectos ocasionados por la corrosión y por los

métodos de prevención

PERDIDASA)PERDIDA DIRECTA: valores estadísticas que de

países desarrollados en función al PBI es aproximado al 3,5 a 5 %

Pérdida del metalCosto de elaboración AÑO PAIS % PBI GASTOS AHORROS 1981 VE 1.300 tn/ac 1989 EU 4,2 222 billones 33,3 billones 1995 EU 4,2 15% ac/galv. 2000 PERU 8 1.200 millones 2005 EU 3,1 276 mil millones 2013 COL 1500millones/año producción 2013 COL perdida 300 millones 25% de la

producción

1992 ARG. 25%/ac 700 millones/año

1.450.000 tn/a 200 millones

E.E.U.U. (1998): 30-50% de los costos directos totales de la corrosión:US $ 82.000 – 140.000 millones100 años de estudios sistemáticos

E.E.U.U., 1998: Distribución de los costos de la corrosión por sector económicoNACE, Corrosion costs and preventive strategies in United St

Estimación de los costos para A.L. En 2001

País PIB (U$ Millones) 3%

Brasil $ 1.340.000,00 $ 40.200,00 México $ 920.000,00 $ 27.600,00 España $ 828.000,00 $ 24.840,00 Argentina $ 391.000,00 $ 11.730,00 Colombia $ 255.000,00 $ 7.650,00 Chile $ 153.000,00 $ 4.590,00 Venezuela $ 146.200,00 $ 4.386,00 Perú $ 132.000,00 $ 3.960,00 R. Dominicana $ 50.000,00 $ 1.500,00 Guatemala $ 48.300,00 $ 1.449,00 Ecuador $ 39.600,00 $ 1.188,00 Costa Rica $ 31.900,00 $ 957,00

Uruguay $ 31.000,00 $ 930,00 El Salvador $ 28.400,00 $ 852,00 Paraguay $ 26.200,00 $ 786,00 Cuba $ 25.900,00 $ 777,00 Bolivia $ 21.400,00 $ 642,00 Panamá $ 21.000,00 $ 630,00 Honduras $ 17.000,00 $ 510,00 Nicaragua $ 12.500,00 $ 375,00

Total $ 4.700.400,00 $141.012,00

B) Pérdida indirecta: Paralización de la producciónPérdida de productosPérdidas de vidaPérdidas de eficienciaContaminación Sobredimensionamiento

AÑO PAIS COSTO DE VIDA1967 EU 46 personas1980 Mx 10.000 personas

a) COSTOS DIRECTOS

• Reemplazo o reparación de estructuras, maquinarias o

de componentes corroídos (tuberías, piezas de bombas,

fondos de tanques de almacenamiento).

• Empleo de medidas de prevención (pinturas, aleaciones

especiales, inhibidores, etc.)

• Capacitación de personal en temas de corrosión.

• Pago a especialistas para evaluar daños por corrosión.

ESTOS COSTOS SON CUANTIFICABLES (MONTOS)

b) COSTOS INDIRECTOS

• Paralización de la actividad productiva para efectuar una reparación imprevista (Ejm. La reparación de una tubería en el oleoducto puede ocasionar un costo de algunos miles de dólares, pero la paralización para efectuar la reparación representa unos US $ 20 000 /hora).

• Pérdidas de productos y explosiones provocadas por fugas (combustible, agua, gas, etc.).

• Pérdida de eficiencia (transferencia de calor).

• Sobredimensionamiento.

• MUCHAS VECES ES DIFICIL DE CUANTIFICAR (MONTO)

PROCESO DE CORROSIÓN

1) SEGÚN EL MEDIO AMBIENTE

a) Corrosión químicab) Corrosión electroquímicac) Corrosión por erosión ó

cavitaciónd) Corrosión bioquímica

El metal que se corroe, forma combinación química

El metal se combina con el oxigeno del aire y forma oxido.

Se recubren en el aire con una película de óxido.

I) Oxidación en aire a alta temperatura

II) Reacción con una solución de iodo en tetracloruro de carbono

Corrosión química

**Corrosión seca, oxidación directa o corrosión química

…No existe película de humedad es decir se da en un ambiente seco (alta temperatura)

**Corrosión húmeda o de mecanismo electroquímico

…Se da en presencia de humedad… El 80% de los casos de corrosión pertenecen a este tipo

2)SEGÚN LA FORMA O MORFOLOGIA:

a) Corrosión uniformeb)Corrosión en placasc)Corrosión por picadod)Corrosión Intergranulare)Corrosión por fisuras

Tipos de corrosión según la morfología

Corrosión Uniforme u homogénea:

Su penetración media es igual en todos los puntos de la superficie. Es la forma más benigna de corrosión.

Corrosión Localizada:

Ciertas áreas de la superficie se corroen más rápidamente que otras, debido a “heterogeneidades”.

La severidad del ataque puede ser variable (en un extremo: picadura).

Corrosión por picaduras: El ataque se localiza en puntos aislados de superficies metálicas pasivas y se propaga hacia el interior del metal, en ocasiones en forma de túneles microscópicos; llegando incluso a perforarlo.

Corrosión intergranular: El ataque se propaga a lo largo de los límites o bordes de grano del metal.

Corrosión bajo tensión o fisurante:

Se presenta cuando el metal está sometido simultáneamente a un medio corrosivo y a tensiones mecánicas.

Corrosión selectiva:Se presenta en aleaciones compuestas de dos o más fases. Una de estas fases es removida selectivamente (ejm. Aleaciones Cu-Zn, latones)

Corrosión Galvánica:Ocurre cuando entran en contacto dos materiales electroquímicamente diferentes (potencial electrodo).

No posee una morfología diferente. Se incluye por sus características “típicas”.

Los óxidos metálicos son estables: *metal es NOBLE Que un óxido actúe como protector

*ADHERIRSE sólidamente a la superficie metálica

*no dejar POROS ni discontinuidades,*haber INSOLUBILIDAD del óxido en

el medio corrosivo, cuanto más satisfactoria es la insolubilidad, más la estabilidad del óxido.Los metales tienden a auto protegerse contra la corrosión por medio de la PASIVACION

*Corrosión en aguas

*Corrosión atmosférica

*Corrosión en soluciones acuosas

*Corrosión productos inorgánicos Concentrados

*Corrosión por suelos

*Corrosión por gases

Corrosión electroquímica

Mecanismo de la corrosión electroquímica

La corrosión electroquímica o “húmeda” se debe a la actuación de pilas electroquímicas, las cuales generan sobre la superficie del metal zonas anódicas y zonas catódicas. En las zonas anódicas se da la disolución o corrosión del metal.

Zona catódica

Zona anódica

Mecanismo de corrosión electroquímica: tiene que cumplir estas condiciones

a)Debe existir una diferencia de potencial entre las diferentes zonas del material (generación de zonas anódicas y catódicas).

b)Debe existir un medio electrolítico (medio agresivo) que ponga en contacto con las zonas anódicas y catódicas.

c)Debe existir un agente oxidante (consumidor de electrones) disuelto en el medio agresivo.

d)d) Debe existir conexión eléctrica entre las zonas anódicas y catódicas.

SERIES DE FEM REACCION DE ELECTRODOPotencial de oxidación Standard volt 25ºc

Li = Li+ + e- ………………………….. - 3,05K+ + e- ………..…………….……….. - 2,93Ca + 2e- ……………..…….…….….……. - 2,83Na + e- …………….………..….…….….. - 2,71Mg + 2e- ……..…………………....….….. - 2,37Be++ +2e- .……………………....….….… - 1,85U+3 + 3e- ……..…..…...…………..…….. - 1,80Hf = Hf+4 + 4e-...………………….……… - 1,70Al = Al+3 + 3e- ……………………..……. - 1,65Ti = Ti++ + 2e- ……..…...…….……..…… - 1,63

Zr = Zr+4 + 4e- …....…….……………….. - 1,53Mn = Mn+++ 2e- ………………..…….…… - 1,18Nb = Nb+3 + 3e- ………………….………. -1,10

Zn = Zn++ + 2e- ………………..………… - 0,763Cr = Cr+3 + 3e- …………………… …….. - 0, 74Ga = Ga+3+ 3e- …………………… …….. - 0, 53

Fe = Fe+++ 2e- ……………… …………. - 0,440Cd = Cd+++ 2e- ……………………… - 0, 403In = In+3 + 3e- ……..…..…...…...…….. - 0,342

Ti = Ti+ + e- ……..…..…...…...…….. - 0,336 Co = Co++ + 2e- ……..…..…...…...…….. - 0,277Ni = Ni++ + 2e- ……..…..…...…...…….. - 0,250

Mo = Mo+3 + 3e- ……..…..…...…...…….. - 0,2Sn = Sn++ + 2e- ……..…..…...…...…….. - 0,136Pb = Pb++ + 2e- ……..…..…...…...…….. - 0,126

Fe = Fe+3 + 3e- ……..…..…...…...…….. - 0,036 H2 = 2H+ + 2e- ……..…...…….. 0,000

HIDROGENO Sn+2= Sn+4 + 2e- ……..…..…...…...……. . 0,15

Cu = Cu++ + 2e- ……..…..…...…...……. . 0,337Cu = Cu+ + e- …………………………… 0,5212Hg = Hg2++ + 2e- ………………………… 0,789Ag = Ag+ + e- ……………………………. 0,800Pd = Pd++ + 2e- …………………………… 0,987Hg = Hg++ + 2e- ………………………….. 0,854

Pt = Pt++ + 2e- ……………………… 1,2Pb+2= Pb+4 + 2e- …… ………………. 1,456

Au = Au+3 + 3e- …………………….. 1,456

Heterogeneidades responsables de las pilas de corrosión

a) Los metales estan constituidos por granos con un ordenamiento diferente.

b) La unión de los granos define un borde de grano que es más reactivo que el interior del mismo.

c) Los metales poseen impurezas que pueden actuar como partículas catódicas.

Resquicio(corrosión)

Heterogeneidades del medio por generación de resquicios

a) Unión solapada

b) Zonas de contacto entre planchas metálicas amontonadas en un almacén

Resquicio(corrosión)

Heterogeneidades del medio por generación de resquicios

Resquicio(corrosión)

Raya o marca

cavidadGrieta

c) Contacto de una superficie metálica con una partícula

inerte (polvo).

d) Rayaduras sobre la superficie

metálica, defectos en la solda-dura.

Aluminio

Aluminio

Tornillo de latón Metal

corroído

Corrosión en el resquicio de la junta aislante

Corrosión galvánica en el contacto directo Latón - Aluminio

1) Ensayos de rutina: para comprobar la calidad del metal en el medio corrosivo.

2) Ensayos de comparación de diferentes metales, para seleccionar el más apropiado para un determinado fin, o para comparar un metal nuevo en relación con otro, cuyo comportamiento sea conocido.

3) Ensayos para estimarla vida útil del metal.

E N S A Y O S D E C O R R O S I O N

4) Ensayos para determinación de los diferentes tipos de medios donde se pueda usar en forma satisfactoria determinado metal.

5) Ensayos para obtener aleaciones nuevas con una resistencia a la corrosión adecuada o máxima.

6) Ensayos para estudios del mecanismo de la corrosión de un metal o aleación determinada.

MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

SOBRE LOS MATERIALES:

PROTECCIÓN MEDIANTE RECUBRIMIENTOS

-R. Orgánicos: Recubrimientos

-R. Inorgánicos: Esmaltado, cementado

-R. Conversión: Química (CROMATIZADO) y Electroquímica (ANODIZADO)

-R. METÁLICOS: Químicos, ELECTROQUÍMICOS, Inmersión en Caliente, Metalizado, Difusión, etc.

1.Actuar sobre el medio:

Son gran utilidad los llamados diagramas de Pourbaix. Diagrama teórico en base a consideraciones termodinámicas (estudio de energía libre) para esa modificación. Existen atlas de diagramas de Pourbaix para los metales más importantes: Agregar inhibidores: son sustancias que anulan los micro-cátodos o micro-ánodos de las superficies metálicas.

METODOS DE PROTECCION

Hay inhibidores anódicos como el OMg o el Oca. Son mas peligrosos pues si no anulan todos los ánodos aumenta la densidad de corriente y se producen rápidas picadurasRevestimientos metálicos:Anódico - Catódico

2. Actuar sobre el metal:Es recubrir el metal para aislarlo del medio que lo atacaa)Recubrimientos no metálicosb) Recubrimiento metálicos

DIAGRAMA DE POURBAIX

CONTROL DE CORROSION

SELECCIÓN DE MATERIALESMetálicos No metálicos

RECUBRIMIENTOSMetálicosInorgánicosOrgánicos

DISEÑOS Evitar excesos de tensionesEvitar contactos de distintos metalesEvitar grietas Evitar aire

PROTECCIONAnódica - catódicaControl del medio, temp, inhibidores, depuración etc.

PRACTICO 1.- Un proceso de electrodeposición de cobre utiliza 18 A de corriente para corroer un ánodo de cobre y electrodepositar un cátodo de cobre. Suponiendo que no hay reacciones secundarias, cuantos tiempos tardaran en corroerse 12,5 gr de cobre del ánodo?Ec. de Faraday w = I.t.M/nF t = wnF/IM

Datos: w = 12,5 grn=2;M 0 63,5 gr/mol I = 18ª; F = 96500ª.s/mol

2.- Un tanque cilíndrico de acero común (bajo carbono) h= 1,20 m de altura, diámetro 80 cm; agua a un nivel de 90 cm.Muestra perdida por corrosión 320 gr al cabo de 7 semanas.Calcular: a) la corriente de corrosión; b) densidad de corriente, suponiendo a la corrosión uniforme en toda la sup. interna del tanque. Ecuación de Faraday: I = w.n.F/t.M

Datos: w = 320 gr; n = 2; M = 55,85 gr/mol; t = 7 semanas; F = 96500 A.s/mol; a) I = ? (A) I(A);

b) i = I(A)/área(cm2) área de la sup corroida del tanque = área lateral área de fondo = ∏.D.h + ∏.r2 = …………. i = …..(A)/…cm2

3.-Una pila galvánica consta de un electrodo de Zn en una disolución 1M de ZnSO4₄ y otro electrodo de Ni en una disolución de 1M de NiSO₄ separadas por una pared porosa para impedir la mezcla entre ellas. Un cable externo con un interruptor conecta los dos electrodos. En el momento que cerramos el interruptor:a)En qué electrodo se produce la oxidaciónb)Qué electrodo es el ánodo?c)Qué electrodo se corroe? -0.513 V

d)Cuál es la fem de la pila en el momento de la conexiónZn Zn² + 2e- E = Ni² + 2e Ni E =

Fin

Acumulador de plomo

El acumulador contiene un grupo de células conectadas en serie.

Cada célula consiste en una placa de plomo, otra de óxido de plomo, y una disolución electrolítica de ácido sulfúrico

Se sigue utilizándose en automóviles, camiones

• Al funcionar el acumulador, da lugar a las reacciones: Anódica: Pb0 + SO4

-2 PbSO4 + 2e-

Catódica: PbO2+ 4H2+SO4-2

+2e- PbSO4 + 2H2O

Pb0 + PbO2 + 2SO4-2 + 4H+ 2PbSO4 + 2H2O

Confección:Recipiente de material aislante: vidrio o plástico, la materia activa

forma de pasta.

Mantenimiento

El echar agua natural en vez de destilada aporta impurezas que perjudican a la batería.

Para conectar una batería primero se conecta el borne positivo y luego el negativo y para desconectarla primero se retira el borne negativo y después el positivo

Los acumuladores pueden clasificarse por:

Constitución: - De plomo (electrolito ácido) - De níquel (electrolito alcalino) - De plata (electrolito alcalino)

Función: - Para arranque - Para tracción - Estacionarios - Portátiles

PILA DE LECLANCHE

En 1866 Leclanché desarrolló el sistema que lleva su nombre.

Una pila (no recargable) compuesta por zinc y dióxido de manganeso.

Esta pila, con muy pocas variaciones se mantiene en la actualidad (es la pila normal, no alcalina, que podemos encontrar en cualquier supermercado).

Consta de: pasta húmeda (MnO2); amoniaco (NH4Cl)

cloruro de cinc (ZnCl2); Anodo es el Zn, el Mn cátodoSu forma es cilíndrica, siendo el tubo exterior de zinc, es decir, material activo. En su interior se encuentra enrollado el papel separador y dentro del hueco dejado por este el dióxido de manganeso en forma de polvo. En el centro de este polvo se introduce un filamento de grafito que actúa como colector o conexión al exterior.

1 - Botón metálico superior (+)2 - Barra de carbono (electrodo positivo)3 - Vasija de zinc (electrodo negativo)4 - Óxido de manganeso (IV)5 - pasta húmeda de cloruro de amonio ClnH4 (electrolito)6 - Base metálica (-)

La f.e.m. o voltaje de esta pila es de 1.5 V.

Zn(s) Zn +2 + 2e- ( reacción anódica) (1) 2MnO2(s) + Zn+2 +2e- ZnMn2O4(s) (2) Zn(s) + 2MnO2(s) ZnMn2O4(s) reac. total

• La reacción en el ánodo es: (1)• La reacción del cátodo es: (2)

kOH (como electrolito)

Oxidación: Zn (s) + 2OH− → ZnOH + 2e−

Reducción: 2MnO2 (s) + H2O + 2e− → Mn2O3 + 2OH−

Celda Ni – Cd Cd + 2OH CdOH +2e anódica NiO2 + 2H2O + 2e Ni(OH)2 + 2OH catódica

Pilas recargables Hg – ZnZn Zn + 2eHgO + H2O + 2e Hg + 2OH

Pila alcalina

***** Una sola pila alcalina puede contaminar 175.000 litros de agua (mas de lo que puede consumir un hombre en toda su vida).

*** Pilas de Niquel/cadmio (Ni/Cd) Están basadas en un sistema formado por hidróxido de níquel, hidróxido cadmio. Poseen ciclos de vida múltiples, presentando la desventaja de su relativamente baja tensión.

Pueden ser recargadas hasta 1000 veces y alcanzan a durar decenas de años. No contienen mercurio, pero el cadmio es un metal con características tóxicas.