PROTECCION CONTRA EL DETERIORO DE LOS MATERIALES

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PROTECCIÓN CONTRA EL DETERIORO

1. DEFINICIÓN

Se denomina corrosión a la destrucción de metales y sus aleaciones provocados por la acción química o electroquímica, lo cual causa pérdidas económicas en los países por ejemplo a causa de la corrosión se pierde un 10% de todo el metal ferroso producido.

Hay otros daños causados por medios físicos, pero estos no son considerados como corrosión si no como erosión o desgaste, también en algunos casos el ataque químico va acompañada de daños físicos y esto se llama corrosión-erosiva.

La corrosión solo se da en metales en cambio los no metálicos como los plásticos, maderas no sufren corrosión, estos pueden agrietarse, degradarse, romperse pero no corroerse.

Por lo tanto la corrosión es un proceso natural en el cual se produce una transformación del elemento metálico a un compuesto más estable que lo conocemos como OXIDOS.

2. NATURALEZA DE LA CORROSIÓN

Podemos encontrar dentro de la naturaleza de la corrosión lo siguiente:

2.1. CORROSION QUIMICATambién llamado corrosión seca, esto se entiende como la destrucción del metal u otros materiales por la acción de gases o líquidos no electrolíticos (gasolina, aceite, etc.), podemos poner como ejemplo la oxidación de metales a altas temperaturas.

Se puede identificar a una corrosión química cuando se ve sobre la superficie del metal una película de óxidos, la solidez de esta película es diferente para los diferentes metales y aleaciones, por ejemplo la aleación hierro-carbono, la película de oxido es débil ya que se destruye con facilidad, pero a la vez podemos observar que la oxidación continua realizándose hacia el interior de la pieza.

En otros metales la película de óxidos es muy distinta ya que son muy resistente, por ejemplo el aluminio al oxidarse se forma en su superficie una película firme de oxido que protege el metal contra la oxidación ulterior.

2.2. CORROSION ELECTROQUIMICALlamado también corrosión húmeda, bueno esto se desarrolla por acción de electrolitos sobre el metal. La celda que causa este proceso está compuesto esencialmente por 3 componentes.

Ánodo

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Cátodo Electrolito

Todo esto corresponde a una reacción de oxidación-reducción en el que el metal sufre un proceso de oxidación y se destruye (se disuelve), al mismo tiempo el hidrogeno presente en la solución acuosa se reduce y se desprende oxigeno elemental de la disolución que corroe adicionalmente el metal.

Por lo tanto podemos entender por corrosión electroquímica lo siguiente:“Es el paso de electrones e iones de una fase a otra limítrofe constituyéndose un fenómeno electrodico.” Se obtiene simultáneamente un paso de electrones libres entre los espacios anódicos y catódicos vecinos, separados entre sí.

FENOMENO ANODICO :Ed1↔Ec 1+ne−¿ ¿

FENOMENOCATODICO :E c2+ne−¿↔E d 2¿

Lo que entraña una corriente electrónica a través de la superficie límite de las fases. En el proceso anódico, el dador de electrones, Ed1, los cede a un potencial galvánico más negativo, y dichos electrones son captados en el proceso catódico por un aceptor de electrones, Ec2, con potencial más positivo.

Como vemos la corrosión electroquímica involucra dos reacciones de media celda, una reacción de oxidación en el ánodo y una reacción de reducción en el cátodo. Por ejemplo para la corrosión del hierro en el agua con un pH cercano a neutralidad, estas semireacciones pueden representarse de la siguiente manera:

REACCION ANODICA :2Fe→2Fe+2+4e−¿ ¿

REACCIONCATODICA :O2+2H 2O+4 e−¿→4OH−¿¿ ¿

Por supuesto que existen diferentes reacciones anódicas y catódicas para los diferentes tipos de aleaciones expuestas en distintos medios.

3. TIPOS DE CORROSIÓN

Las destrucciones por corrosión pueden dividirse en los siguientes tipos principales:

1. Corrosión uniforme. 2. Corrosión local. 3. Corrosión intercristalina.

3.1. CORROSIÓN UNIFORME.

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El metal se destruye en forma uniforme por toda la superficie. Este tipo de corrosión se observa con más frecuencia en metales puros y en aleaciones del tipo de solución solida homogénea, dentro de medios muy agresivos, que impiden la formación de las películas protectoras.

3.2. CORROSIÓN LOCAL.En este caso, la destrucción se produce en algunas regiones de la superficie del metal. La corrosión local aparece como resultado de la rotura de la capa de protección de óxidos u otra; de los puntos afectados la corrosión se propaga al interior del metal. Este tipo de corrosión es más común en aleaciones de múltiples componentes. Los defectos de la superficie (rasguños, rebabas etc.) favorecen el desarrollo de la corrosión local.

3.3. CORROSIÓN INTERCRISTALINA.Se trata de la destrucción del metal o la aleación a lo largo de los límites de los granos. La corrosión se propaga a gran profundidad sin ocasionar cambios notables en la superficie y por eso puede ser causa de grandes e imprevistas averías.

4. PROBLEMAS DE LA CORROSIÓN

Como se dijo en la definición de la Corrosión, ésta se presenta solamente en Metales. Por lo mismo, una de las mayores problemáticas es que la corrosión afecte principalmente a esta clase de elementos. Ello implica muchos tipos de problemas, de los cuales la mayoría son bastante serios, a los que nos referiremos más adelante, ya que primero conviene conocer las diversas clases de corrosión existentes.

Aún así, mencionemos que este proceso en sus variadas formas (dentro de las cuales se puede presentar) va produciendo un deterioro considerable en las clases de metales que afecta, los cuales con el tiempo, si no son tratados, inducen a su completa destrucción, lo cual implica también enormes pérdidas económicas y de producción.

5. CONTROL DE LA CORROSIÓN

Luego de haber analizado la corrosión y sus formas, es momento de ver qué conocimientos se tienen hoy en día para prevenirla.

Antes de ver un análisis un tanto más profundo a las formas de proteger sobre la corrosión, hablaremos un poco sobre la Protección Catódica y la Protección Anódica.

La PROTECCIÓN CATÓDICA ocurre cuando un metal es forzado a ser el cátodo de la celda corrosiva adhiriéndole (acoplándolo o recubriéndolo) de un metal que se corroa más fácilmente que él, de forma tal que esa capa recubridora de metal se corroa antes que el

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metal que está siendo protegido y así se evite la reacción corrosiva. Una forma conocida de Protección Catódica es la GALVANIZACIÓN, que consiste en cubrir un metal con Zinc para que éste se corroa primero. Lo que se hace es convertir al Zinc en un ÁNODO DE SACRIFICIO, porque él ha de corroerse antes que la pieza metálica protegida.

Por otro lado, la PROTECCIÓN ANÓDICA es un método similar que consiste en recubrir el metal con una fina capa de óxido para que no se corroa. Existen metales como el Aluminio que al contacto con el aire son capaces de generar espontáneamente esta capa de óxido y por lo tanto, se hacen resistentes a la corrosión. Aún así, la capa de óxido que recubre al metal no puede ser cualquiera. Tiene que ser adherente y muy firme, ya que de lo contrario no serviría para nada. Por ejemplo, el óxido de hierro no es capaz de proteger al hierro, porque no se adquiere a él en la forma requerida.

5.1. SELECCIÓN DE MATERIALES La selección de los materiales que vayamos a usar será factor decisivo en el control de la corrosión a continuación se enunciaran algunas reglas generales para la selección de materiales:

• Para condiciones no oxidantes o reductoras tales como ácidos y soluciones acuosas libres de aire, se utilizan frecuentemente aleaciones de Ni y Cr.

• Para condiciones oxidantes se usan aleaciones que contengan Cr. • Para condiciones altamente oxidantes se aconseja la utilización de Ti y • Los elementos cerámicos poseen buena resistencia a la corrosión y a las altas

temperaturas pero son quebradizos, su utilización se restringe a procesos que no incluyan riesgos.

5.2. RECUBRIMIENTOS Recubrimientos metálicos Los recubrimientos se aplican mediante capas finas que separen el ambiente corrosivo del metal, es decir que puedan servir como ánodos sacrificables que puedan ser corroídos en lugar del metal subyacente. Los galvanizados son un buen ejemplo de este caso. Un recubrimiento continuo de zinc y estaño aísla el acero respecto al electrolito. A veces se presentan fallas con estos metales, cuando el riesgo de corrosión es muy elevado se recomienda hacer un recubrimiento con Alclad.

El Alclad es un producto forjado, compuesto formado por un núcleo de una aleación de aluminio y que tiene en una o dos superficies un recubrimiento de aluminio o aleación de aluminio que es anódico al núcleo y por lo tanto protege electroquímicamente al núcleo contra la corrosión.

Recubrimientos inorgánicos

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En algunos casos es necesario hacer recubrimientos con material inorgánico, los más usados son el vidrio y los cerámicos, estos recubrimientos proporcionan acabados tersos y duraderos. Aunque si se expone un pequeño lugar anódico se experimenta una corrosión rápida pero fácil de localizar.

Recubrimientos orgánicos El uso de pinturas, lacas, barnices y muchos materiales orgánicos poliméricos han dado muy buen resultado como protección contra la corrosión. Estos materiales proveen barreras finas tenaces y duraderas para proteger el sustrato metálico de medios corrosivos. El uso de capas orgánicas protege más el metal de la corrosión que muchos otros métodos. Aunque debe escogerse muy bien, ya que hay procesos que incluyen tratamientos con alcoholes que en algún momento pueden disolver los materiales orgánicos.

5.3. DISEÑOEste quizá el método más efectivo para el control de la corrosión, ya que si hacemos un buen diseño y una buena planeación podemos evitar dicho fenómeno, a continuación se enumeraran algunas reglas generales que se deben seguir:

• Se debe tener en cuenta la acción penetrante de la corrosión junto con los requerimientos de la fuerza mecánica cuando se considere el espesor del metal utilizado. Esto se utiliza para tuberías y tanques que contengan líquidos.

• Son preferibles los recipientes soldados que los remachados para reducir la corrosión por grieta

• Se deben usar preferiblemente metales galvánicamente similares para prevenir para prevenir la corrosión galvánica. Si se atornillan metales no similares galvánicamente se deben usar arandelas no metálicas para eliminar contactos eléctricos entre los materiales.

• Es preciso evitar tensión excesiva y concentraciones de tensión en entornos corrosivos, para prevenir la ruptura por corrosión por esfuerzos, especialmente en aceros inoxidables, latones y otros materiales susceptibles a este tipo de corrosión.

• Se deben evitar recodos agudos en sistemas de tuberías por donde circulan fluidos. En estas áreas donde cambia la dirección del fluido bruscamente se potencia la corrosión por erosión.

• Se deben diseñar los tanques y recipientes de una manera que sean fáciles de limpiar y desaguar, ya que el estancamiento de sustancias corrosivas provoca la aparición de celdas por concentración.

• Se debe hacer un diseño eficiente de aquellas piezas que se espera queden inservibles en poco tiempo, para que sean fáciles de reemplazar.

• Es importante también diseñar sistemas de calefacción que no den lugar a zonas puntuales calientes, los cambios de calor ocasionan corrosión.

5.4. ALTERACIÓN POR EL ENTORNO

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Las condiciones ambientales son muy importantes para el control de corrosión, algunos métodos usados son:

• Bajando la temperatura se consigue disminuir la velocidad de reacción, por ende se disminuye el riego de corrosión.

• Disminuyendo la velocidad de un fluido corrosivo se reduce la corrosión por erosión. Sin embargo, para metales y aleaciones que se pasivan, es más importante evitar las disoluciones estancadas.

• Eliminar el oxigeno de las soluciones acuosas reduce la corrosión especialmente en las calderas de agua.

• La reducción de la concentración de iones corrosivos en una solución que esta corroyendo un metal puede hacer que disminuya la velocidad de corrosión, se utiliza principalmente en aceros inoxidables.

• La adición de inhibidores que son principalmente catalizadores de retardo disminuye las probabilidades de corrosión. Los inhibidores son de varios tipos: los inhibidores de absorción que forman una película protectora, los inhibidores barrenderos que eliminan oxigeno. En general, los inhibidores son agentes químicos, añadidos a la solución de electrolito, emigran preferentemente hacia la superficie del ánodo o del cátodo y producen una polarización por concentración o por resistencia.

6. CORROSIÓN Y MEDIDAS DE PROTECCIÓN

6.1. PROCESO DE CORROSIÓN Los aceros se muestran una propensión muy importante a convertirse nuevamente en óxidos. Esto se debe a un fenómeno electroquímico en el cual se verifica un proceso de solubilización del metal siendo el electrolito la propia atmósfera. Es imprescindible para que se produzca el fenómeno la presencia de oxígeno (esto explica la durabilidad de las varillas de acero al interior de la masa de hormigón).

El proceso de solubilización tiene lugar a través del transporte de electrones (partículas elementales de carga negativa) de un ánodo a un cátodo. La idea más representativa de éste fenómeno la constituye la pila galvánica constituida por dos metales (o elementos irregulares no homogéneos de un mismo metal) denominados como ánodo y cátodo, un conductor (el propio metal) y un electrolito (atmósfera húmeda, agua dulce o de ácidos, álcalis, soluciones salinas o tierra).

La diferencia de potencial que resulta en la superficie de contacto de metal con el electrolito y que caracteriza la tendencia del metal a su disolución se denomina potencial electródico y su magnitud depende en buena parte de la composición del electrolito. Los metales se relacionan, a través de su potencial electródico por comparación con el potencial hidrógeno cuyo valor se toma como cero.

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Aquellos metales de PH mayor actúan como cátodos produciendo corrosión en aquellos de menor PH. A los efectos ilustrativos se transcribe la tabla de potenciales electródicos de los distintos metales, indicando sólo aquellos más representativos para nuestro uso:

Oro +1.50

Plata +0.80

Cobre +0.334

Hidrógeno 0.00

Plomo -0.127

Estaño -0.136

Hierro -0.439

Zinc -0.762

Aluminio -1.30

Magnesio -1.55

6.2. MEDIDAS DE PROTECCIONPreparación de la superficieEs la etapa crucial en la protección del hierro. Sin una adecuada preparación no pueden esperarse resultados satisfactorios de resistencia frente a la corrosión. Por tanto es importante establecer una calidad promedio de pre tratamiento en particular en trabajos de relevancia. Para ello nos podemos basar en una norma sueca STANDARD SIS que relaciona el grado de corrosión de las superficies con el grado de limpieza de las mismas.

Distingue 4 grupos:

1. Superficie con capa de laminación intacta y prácticamente sin corrosión.2. Superficie con principios de corrosión y donde la capa de laminación comienza a

desprenderse.3. Superficie donde las capas de laminación han sido eliminadas por la corrosión o puede

eliminarse por raspado. No se observan cavidades.4. Superficie donde la capa ha sido eliminada por la corrosión y se han formado

cavidades a gran escala.

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Para las condiciones establecidas se analizan dos tipos de preparación de la superficie.

• Rascado y cepillado normal. • Arenado seco.

Para ambas operaciones las superficies se limpiarán para quitar aceites, grasas, etc, y las capas gruesas de óxidos se retirarán con cincel.

Rascado y cepillado normalSe consideran dos clases:

• St 2 -Cepillado minuciosos. • St 3 -Cepillado muy minucioso.

Arenado secoSe consideran 4 clases:

• Sa 1 – Arenado ligero. • Sa 2 – Arenado minucioso. • Sa 21/2- Arenado muy minucioso. • Sa 3- Arenado a metal blanco.

Otra clasificación de tratamientos superficiales para eliminar los contaminantes y el óxido los podemos dividir en: Métodos químicos: se emplean desengrasantes y detergentes para eliminar la grasitud. El óxido es eliminado con soluciones ácidas conocidas como desoxidantes, debiéndose retirar el exceso de los mismos previo al pintado. Otro método muy eficaz e integral es fosfatizado.Métodos físicos: eliminar la grasitud y contaminantes mediante desengrasantes o trapeo con solvente.Para eliminar el óxido se pueden aplicar varios métodos que indicaremos en orden creciente de eficacia:

• lijado. • cepillado manual. • cepillado mecánico. • granallado. • picareteado. • arenado húmedo. • arenado seco.

6.3. RECURSOS CONTRA LA CORROSIÓNInterrupción del circuito electroquímico.

• Mediante la eliminación del contacto entre los dos metales que forman el par.

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• Eliminando el oxígeno disuelto en el electrolito. • Usar metales cuyo potencial electródico sea muy semejante. • Mediante catodización, es decir, cambiar las condiciones de polaridad del

circuito. Pasivado.Se logra mediante la transformación superficial del metal, formando una capa de óxido o sal del metal base.Esta capa debe ser impermeable para evitar la penetración del electrolito.Algunos de éstos métodos se conocen con el nombre de pavonado y anodizado.

Recubrimientos metálicos.Estos se aplican ampliamente en la industria y hace falta distinguir dos tipos de protección: la catódica y la anódica.

- Protección catódica: El metal de recubrimiento tiene un potencial electródico mayor que el del metal base. Para asegurar una buena producción se necesita que el recubrimiento sea contínuo y no poroso.Como recubrimientos catódicos del hierro o el acero se emplean el estaño, plomo, cobre y níquel.

- Protección anódica: El metal de recubrimiento posee un potencial electródico menor que el del metal base. El recubrimiento protege el metal de un modo electróquico, al formarse el par galvánico el metal de recubrimiento.

- Procedimientos de ejecución:

Galvanizado: la pieza del metal base que actúa como cátodo se suspende en un baño electrolítico de solución acuosa de la sal del metal a precipitar. Las propiedades protectoras de éste procedimiento son muy eficientes y su tecnología muy simple.

Difusión: Para atribuir a la capa superficial del metal gran resistencia a la formación de óxidos, dureza y resistencia al desgaste se aplica la saturación de la capa superficial con distintos metales (aluminio, cromo, silicio). El tratamiento termoquímico se denomina también recubrimiento por cementación.

Pulverización: Consiste en que la superficie del metal, previamente limpiada, se pulveriza con metal fundido con ayuda de aire comprimido (pulverizador). Este recubrimiento resulta poroso y por ésta razón disminuye la calidad con respecto al galvanizado. Los materiales de recubrimiento son de zinc, cadmio y sus aleaciones.

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Plaqueado: consiste en la formación, sobre el metal a proteger de una capa de metal que crea una película fuerte. El hierro se plaquea con cobre y acero inoxidable.

Recubrimientos no metálicos.

Es el tipo de producción más difundido en el cual la superficie del metal es tratada mediante pinturas. Su tecnología es simple y muy accesible teniendo como desventaja el cuarteo de la capa protectora dejando pasar la humedad. La protección se verifica de acuerdo a los siguientes mecanismos:

• Efecto barrera. La película protectora tiene muy baja difusibilidad del agua y del oxígeno.

• Protección galvánica: Pigmentos que actúan como ánodos de sacrificio. • Protección química: Pigmentos que se vinculan químicamente al hierro. • Mixta: Es una combinación de las anteriores.

7. MATERIALES USADOS CONTRA LA CORROSIÓN 7.1. FONDOS

• Antióxido sintético: resinas alkyd y pigmentos anticorrosivos (óxido de hierro y cromato de zinc. (*)

• Antióxido especial: Barniz sintético y pigmentos inhibidores ( de plomo y cromato de zinc). (*)

• Anticorrosivo marrón: Resinas alkyd y pigmentos de máxima inercia contra la corrosión.

• Zinc Rich Primer: polvo de zinc metálico con un ligante. Protección por acción catódica.

• Epoxi clorado más reactivo: Resinas epóxicas de alta resistencia química y a la corrosión. Material de dos componentes.

Los ligantes actúan como efecto de barrera y los pigmentos aportan la acción inhibidora ante la corrosión.

7.2. TERMINACIONES• Esmalte sintético: Elaborado con resinas alquídicas y pigmentos de

elevada calidad (dureza superficial). • Rojo para techos: Esmalte a base de resinas alkyd y pigmentos de óxido

de hierro (calor). • Caucho clorado (Alloprene): Pintura de un solo componente, gran

adhesión. Lleva diluyente especial. 7.3. COMBINADOS

• Esmalte Epoxi y reactivo: Resinas epoxi con endurecedores específicos (dureza). Se adiciona un reactivo (2x1).

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• Epoxi bituminoso y reactivo: Combina resinas epóxicas con la inercia química y resisten al agua del alquitrán de hulla (color negro).

7.4. OTROS• Convertidor de óxido: copolímero de secado aéreo que se convierten en

un film protector (barrera). • Desoxidante: Para tratamiento de metales atracados permitiendo la

transformación del óxido. • Wash- primer y Reactivo: acondicionador de superficies que

complementa la acción de los fondos (no sustituye).

Imprescindible para superficies galvanizadas o aluminio. Resinas vinílicas. 7.5. ACABADO

Existen tres tipos de acabados según sea el tipo de cobertura deseado.

TIPO ASPECTO RUGOSIDAD COBERTURA APLICACION

Brillante Brillante <0.5 m 300 g/m2 Cubiertas

Semimate Oscuro 0.5 a 1.5 m 450g/m2 Guarda-rail

Mate Gris >1.5 m 600g/m alcantarillas

7.6. PASIVADOProceso posterior al recubrimiento que consiste en la aplicación de inhibidores de la formación del óxido blanco.Este proceso permite una adecuada conservación del material sin que se modifique la apariencia por la ausencia de aireación. Los inhibidores más comunes son aceites, ácido crómico diluido o distintos fosfatos.

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BIBLIOGRAFIA

http://www.sabelotodo.org/metalurgia/corrosion.html

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/079/htm/sec_6.htm

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http://icc.ucv.cl/materiales_construccion/03_catedra_contenidos/trabajos_investigacion/polimeros/degradacion_quimica.htm

http://www.monografias.com/trabajos14/discontinuidades/discontinuidades.shtml