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Diapositiva 1
CORROSIÓN DE METALES
Ing. Alexander Peralvo
Diapositiva 2
Oxidación: una reacción químicaEl hierro, en presencia de agua, reacciona con el oxígeno atmosféricoformando un óxido de hierro hidratado, conocido comúnmente comoorín. Este proceso ha corroído lentamente estos viejos automóviles.
Diapositiva 3 INTRODUCCIÓN
COSTO DE LA CORROSIÓN:
- Materiales resistentes a lacorrosión
- Pintura y otras medidas deprotección
- Reemplazo temprano de bienesde capital
- Mayores inventarios derepuestos
- Mantenimiento adicional
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Diapositiva 4Definición de Corrosión
- Materiales no metálicos: La corrosión invariablemente serefiere al deterioro de los materiales por causas químicas
- Metales:El término corrosión metálica abarca todainteracción de un metal o aleación (sólido o líquido) con elambiente que le rodea, independientemente de si esdeliberada y beneficiosa o no planeada y perjudicial
- En el contexto de la Ciencia de la Corrosión: Es la reacciónde un sólido con el ambiente
- En el contexto de la Ingeniería de la Corrosión:Es lareacción de un material de ingeniería con el ambiente, conel consecuente deterioro de las propiedades del material
Diapositiva 5
FenomenologíaSe debe considerar:
- Metal: composición, estructura atómica,heterogeneidades micro y macroscópicas,esfuerzos, etc.
- Ambiente: naturaleza química, concentración deespecies reactivas e impurezas perjudiciales,presión, temperatura, velocidad, etc.
- Interfaz metal/ambiente: cinética de la oxidacióny disolución del metal, cinética de la reducción deespecies en solución, naturaleza y localización delos productos de corrosión, crecimiento ydisolución de películas, etc.
Diapositiva 6
Ambiente- El comportamiento corrosivo de un metal no se puede
divorciar de las condiciones específicas del ambiente, quedeterminan la tasa, magnitud y forma de la corrosión
- Hierro se corroe- Rápidamente en agua con O2 disuelto- Extremadamente lento si se remueve el O2
- Cu- Relativamente resistente al ácido sulfúrico disuelto- Se corroe si hay O2 o agentes oxidantes disueltos en el ácido
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14 Hay tres métodos para evitar laoxidación del hierro
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. me an e a eac ones e erro que oconvierten en químicamente resistente a
la corrosión
• Un buen ejemplo de ello es el acero inoxidable,una aleación de hierro con cromo o con níquel ycromo. Esta aleación está totalmente a pruebade oxidación e incluso resiste la acción deproductos químicos corrosivos como el ácidonítrico concentrado y caliente.
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2. impregnándolo con materiales quereaccionen a las sustancias corrosivas
más fácilmente que el hierro, quedandoéste protegido al consumirse aquéllas
La protección con metales activos, es igualmentesatisfactorio pero también costoso. El ejemplo másfrecuente es el hierro galvanizado que consiste en hierrocubierto con cinc. En presencia de soluciones corrosivas seestablece un potencial eléctrico entre el hierro y el cinc,
que disuelve éste y protege al hierro mientras dure el cinc
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3. recubriéndolo con una capaimpermeable que impida el contacto con
el aire y el agua.• El tercer método, la
protección de la superficiecon una capa impermeable.
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• Los recubrimientos más apreciados son losesmaltes horneados, y los menos costosos sonlas pinturas de minio de plomo.
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19Metales Anticorrosivos
• Los metales llamados nobles son tan inactivosquímicamente que no sufren corrosiónatmosférica. Entre ellos se encuentran el oro, la
plata y el platino.
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Ambientes en la Corrosión
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21Tipos de Corrosión
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22Tipos de Corrosión
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Modos Intrínsecos de Penetración de laCorrosión
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24Terminología
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25Corrosión Como Reacción
- Degradación / Corrosión de los materiales
- Corrosión: Deterioro de las propiedades de unmaterial debido a un medioambiente químico
- Corrosión: reacción redox heterogénea que sesucede en una interfaz metal/no metal en la cual
el metal se oxida y el no metal se reduce
Oxidación - Reducción
e e
Diapositiva
26Definición de corrosión
• Pérdida de electrones
• En la corrosión se forma una pila:
• Anodo – (metal)
• Cátodo + (Oxígeno, agua, otro metal)
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27Tipos de metales
• Metales Nobles
• Metales “Normales”
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Serie electromotriz
• Potasio• Sodio• Magnesio• Aluminio• Zinc• Hierro• Níquel• Estaño• Plomo• Cobre• Plata• Platino• Oro
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29 “Las diferencias necesarias para que
se presente la corrosión”1. Diferencias en el o los materiales.
2. Diferencias en las condicionesfísicas.
3. Diferencias en el medio.
Diapositiva
301.- Diferencias en el material
• Posición en la serie electromotriz.
• Partículas contaminantes de la superficie (superficiescontaminadas por rodillos sucios, por partículas demetales diferentes, por acción de la fresa, pordestornilladores, llaves)
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2.- Diferencias en las condicionesfísicas
• Diferencias de temperatura: las más calientesson las anódicas.
• Diferencias debido a cargas eléctricas.
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3.- Diferencias en el medio
•
Diferencias de concentración de oxígeno.
• Diferencias de concentración salina, pH,composición del medio.
Diapositiva
33Tipos de corrosión
(Formas en las que se presenta)
Según el medio: Húmeda y seca
Según la forma de ataque:
Uniforme
Localizada
Picaduras
Hendiduras
Agrietamiento
Filiforme
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34Tipos de corrosión.
(Formas en las que se presenta)
Según el mecanismo de ataque:
Galvánica
•Concentración diferencial
Aeración diferencial
•Ataque intergranular
•Selectiva
•Biológica
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35Algunos casos de corrosión típica
• Corrosión en la atmósfera
• Corrosión en el suelo.
• Corrosión en tuberías.
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36Factores Meteorológicos
• Humedad Relativa (HR)
• Tiempo de humectación (TDH)
• Temperatura (T)
• Otros Factores
Factores de Contaminación• Dióxido de azufre (SO2)• Cloruros (Cl-)• Óxidos de nitrógeno (NOx)• Partículas atmosféricas
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FORMAS DEPROTECCIÓN PARA
EVITAR LA CORROSIÓN
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38Formas de prevención y protección
de la Corrosión
i . Prevención por el diseño adecuado de las piezasii. Prevención por la selección adecuada de los
materiales.
iii. Protección por inhibidores.
iv. Protección electroquímica
v. Protección por revestimientos
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I) Prevención mediante el diseño
• “La prevención de la corrosión empieza en la
mesa de dibujo”.
• Inclinación de techos.
• Desfogue de tanques.
• Ángulos de las tuberías.
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II) Prevención por la selecciónadecuada de los materiales.
• Conocer los medios ambientes que son “peligrosos”
o “dañinos” para los materiales.
• Ejems: – Los cloruros para el Aluminio, para el acero inoxidable.
– Los medios muy alcalinos o muy ácidos para el zinc.
– El amoníaco para el cobre.
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41III) Protección por inhibidores
• Modo de actuar de los inhibidores: – Modificando las características del medio. (sulfitos
e hidrazina para aguas de caldero)
– Depositándose sobre la superficie del metal.(aminas, aldehidos para el decapado)
– Formando capas de productos de corrosiónestables y compactos. (cromatos para solucionescon cloruros)
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42IV) Protección electroquímica
–Protección por ánodos de sacrificio:• Cinc
• Aluminio
• Magnesio
Protección por corriente eléctrica
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Cable aislado
Suelo
SoldaduraTubería
recubierta
yenterradaÁnodo preempacado (M)
con un relleno debentonita
Ánodo de sacrificio
Celda Galvánica
PROTECCIÓN CATÓDICA
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44Protección electroquímica
• Protección catódica, se impone al metal unpotencial suficientemente bajo para que lavelocidad de corrosión sea despreciable.
• Este método sirve sobretodo para proteger lasestructuras pesadas en acero: plataformas enel mar, barcos, instalaciones químicas yconducciones enterradas.
.
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45V) Protección por revestimientos
• Revestimientos metálicos• Capas más nobles que el sustrato.
• Capas menos nobles.
• Métodos dedeposición:
• Electrodeposición.
• Inmersión en un metallíquido
• Proyección con pistola
• Depósito por fase gaseosa
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46Protección por revestimientos
Revestimientos inorgánicos
• Capas de conversión:• Anodizado
• Fosfatado.
• Cromatado.
• Capas externas
• Esmaltes.• Cementos.
• Cerámica refractaria
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47
Desarrollo Histórico de las pinturas ybarnices.
• Progresos en los procesos de limpieza delacero:• Agua a presión
• Agua con aditivos
• Procesos más eficientes
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Mecanismos de protección de losrevestimientos
• Adhesión.
• Fisicoquímico.
• Electroquímico.
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DETERIORO DE MATERIALES
Ing. Alexander Peralvo
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50OBJETIVOS
• CONOCER LOS DIVERSOS MECANISMOS QUEPUEDEN AFECTAR A LOS MATERIALES ENSERVICIO Y APRENDER TECNICAS PARAIDENTIFICAR LAS POSIBLES FALLAS DE UNCOMPONENTE.
• ESTUDIAR EL COMPORTAMIENTO DE LOSMATERIALES FRENTE A LOS AGENTESEXTERNOS
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51ASPECTOS A CONSIDERAR
• ESTRUCTURA DE LA MATERIA
• ENLACES ATOMICOS
• ESTRUCTURA CRISTALINA
• DEFECTOS DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA
• DIAGRAMAS DE FASE
• PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
• PROPIEDADES MECANICAS DELOSMATERIALES
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52PROPIEDADES MECANICAS
• RESISTENCIA A LA ROTURA
• EL DIAGRAMA ESFUERZO DEFORMACION
• DEFORMACION ELASTICA
• DEFORMACION PLASTICA
• FLUENCIA DE LOS METALES
• DUREZA• TENACIDAD
• FATIGA
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53DETERIORO DE LOS MATERIALES
• IMPORTANCIA ECONOMICA DEL DETERIORODE LOS MATERIALES
• TIPOS DE DETERIORO DE LOS MATERIALES
• CORROSION
• DESGASTE
• FRACTURA
• ANALISIS DE FALLAS
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DESGASTE DE METALES
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55DESGASTE DE MATERIALES
• Es el daño o deterioro de una superficiecausada por la remoción o desplazamientode material por acción mecánica de unsólido.
• Es un fenómeno de superficie que ocurre
por desplazamiento de un materialrespecto a otro.
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56TIPOS DE DESGASTE
• DESGASTE ADHESIVO• DESGASTE ABRASIVO• DESGASTE EROSIVO• DESGASTE CORROSIVO• DESGASTE SUPERFICIAL EN FATIGA
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57DESGASTE ADHESIVO
• Ocurre cuandodos superficiesmetálicas sedeslizan unacontra otrabajo carga opresión.
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58DESGASTE ABRASIVO
• Es la extracción dematerial por laacción de partículasduras que se hallaen movimientorelativo con lasuperficiedesgastada.
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59DESGASTE EROSIVO
• Es aquel queenvuelve pérdida dematerial de unasuperficie porcontacto con unfluido que contienepartículas abrasivas.
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60DESGASTE CORROSIVO
• Es aquel en cual unareacción química oelectroquímica conel medio contribuyesignificativamenteen el desgaste.
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61DESGASTE POR EROSION CORROSION
• Cuando existemovimiento relativoentre la superficie yel fluido corrosivo.
• Puede inclusive
acarrear partículasabrasivas.
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62ROZAMIENTO EN EL DESGASTE
• Áreasverdaderas decontacto sondel orden de10-2 a 10-4 mmpara un cubode 100 x 100mm.
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63FUERZA DE ROZAMIENTO
• Cuando un cuerpo se desliza sobre otro tansolo en los puntos de contacto.
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CORROSION
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65GENERALIDADES
• La corrosión es muy costosa y peligrosa• Billones de dólares se gasta anualmente para
reemplazar estructuras
• Adicionalmente se tiene la prevención de lacorrosión, inspección y la protección
• Paros técnicos, perdida de eficiencia, y lacontaminación
• Costos de remediación ambiental.
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66• Aunque los costos de reemplazo de un
item bien no pueden ser altos, la perdidade producción si lo es en cientos dedólares por hora.
• La falla prematura de un puente o de unaestructura a causa de la corrosión puederesultar en pérdidas humanas.
• La falla de operación de equipos puederesultar en resultados desastrosos.
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67PRINCIPIOS DE CORROSION
• Es el resultado destructivo de una reacción químicaentre unmetalo aleacióny su medio ambiente.
• La misma cantidad de energía gastada en laextracción del metal a partir del mineral se produceen la reacción química de corrosión.
• Retorno a su estadonaturaldel cual fueextraído.
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68De Mineral a metal
• 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2• Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
• FeO + CO = Fe liq + CO2
• Fe liq + C coque = arrabio
• El Arrabio es la primera aleación metálica enestado líquido
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69Reacciones en el convertidor
• Arrabio Fe-C con 4.0 %C
• C + O2 = CO2 + calor Q
• Se convierte en acero de 0.2 % C
• Luego se solidifica el acero
– Lingotes Laminas de acero
– Colada continua
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Energía libre de GibbsSoldadura
Doblado
Laminado Transformaciones en estado solido
Transformaciones en estado líquido
AceroProcesos de obtención del acero
MetalProcesos de obtención del arrabio
FeO
Fe3O4
Fe2O3
Mineral
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72 FORMAS DE CORROSION
• CORROSION UNIFORME
• CORROSION GALVANICA
• CORROSION EN HENDIDURA
• CORROSION POR PICADURA
• CORROSION INTERGRANULAR
• CORROSION SELECTIVA
• CORROSION BAJO TENSION
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73ESQUEMAS DE CORROSIÓN (I)
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74ESQUEMAS DE CORROSIÓN (II)
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75 CORROSION UNIFORME
Es u n proceso de remoc ión un iforme de lasuperficiedel metal.
El medio corrosivodebetenerel mismo accesoa todas laspartes de la superficiedel metal.
La corrosiónatmosférica es el mejorejemplo.
Otroejemplo es elataque de unacero por unasolución ácida.
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76CORROSION GALVANICA
Dos metales diferentes están unidos enpresencia de un electrolito
Uno de ellos es preferentemente corroídomientras que el otro no.
Se forma la serie galvánica con diferencias depotencial entre ellos
Materiales electropositivos o catódicos
Materiales electronegativos o anódicos.
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77 CORROSION POR HENDIDURA (CREVICE)
Intensa corrosión loca lizada ocurre a linterior de hendiduras, huecos, u otras áreasen las cuales se ha tapado por acción deempaques u otros elementos sólidos comopintura, caucho, o material terroso.
Es un proceso altamente peligroso porqueno se observa.
Produce daños graves.
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78CORROSION POR PICADURA
Es una forma extremadamente localizada deataque que resulta en huecos en el metal.
Estos huecos suelen ser de tamaño pequeñoy aparecen pegados unos con otros dando laimpresión de poros.
Causa que equipos fallen pues con pocaperdida de material producen perforaciones.
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79PROCESO AUTOCATALÍTICO DE LAS
PICADURAS
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80CORROSION INTERGRANULAR
Impurezas reactivas se pueden segregar, oelementos de pasivación como el cromopueden abandonar el interior del grano haciael borde del grano formando carburos.
La zona aledaña ahora es atacada por elmedio ambiente apropiado.
Dos materiales disímiles se han formado
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81CORROSIÓN INTERGRANULAR (I)
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82CORROSIÓN INTERGRANULAR (II)
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83CORROSIÓN INTERGRANULAR (III)
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84CORROSION SELECTIVA
Es la remoción de un elemento de unasolución sólida por un proceso de corrosión.
Proceso de dezincificación en el latón.
Un elemento que es activo (negativo electroquímicamente) respecto al solvente reaccionapreferentemente.
Formación de zonas rojizas en la superficiedel latón.
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85CORROSION BAJO TENSION
La corrosión bajo tensión se refiere a lafisura producida por la acción de esfuerzos detensión y un medio corrosivo específico
La mayor parte de la superficie permanecenormal, mientras que finas fisuras comienzan
a penetrar.El caso del latón.
El caso del acero.
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86EROSION - CORROSION
La combinación de un fluido corrosivo y una altavelocidad de dicho fluido.
El fluido causa un estado modesto de corrosión,pero el movimiento del fluido remueve la capa deoxidación.
La superficie del metal está nuevamente expuestaa la acción del corrosivo.
El ataque y extracción es generalmentedireccionado por el flujo.
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87FRACTURA
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88DEFECTOS DE FUNDICION
• POROSIDADES (GAS Y VAPOR)
• RECHUPES (CONTRACCION)
• SEGREGACION
• ESCORIA ATRAPADA
• INCLUSIONES
• JUNTAS FRIAS Y GOTAS FRIAS
• DESALINEAMIENTO
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89DEFECTOS DE FORJA
• LOS DEFECTOS DE FUNDICION MAS• LOS PROPIOS DE FORJA
• DESALINEAMIENTO DE LA MATRIZ
• PUNTOS FRIOS
• BAJA TEMPERATURA DE FORJA
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90DEFECTOS DE SOLDADURA
• ESCORIAS
• POROSIDADES
• FALTA DE PENETRACION
• FALTA DE FUSION
• CONTRACCION
• MORDEDURA
• SOLAPADO
• GRIETAS Y FISURAS
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91DEFECTOS DE MAQUINADO
• FISURAS POR RECTIFICADO
• MAQUINADO GRUESO
• FALTA DE RADIO DE ACUERDO
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92DEFECTOS METALURGICOS
• DE TRATAMIENTOS TERMICOS – ESTRUCTURA MARTENSÍTICA
– ESTRUCTURA BAINITICA
– FERRITA ACICULAR
– ESFUERZOS RESIDUALES
TAMAÑO Y FORMA DE GRANO
TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
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