Los metales en Corrosioó n Ingenieríóa de la Corrosioó n
Editorial H Hussein Hachem Daoud C.I. 24.720.005 Ingeniería de la Corrosión (SAIA-“3A”)
La Corrosión La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de
un
ataque
electroquímico
por
su
entorno. De manera más general,
puede
entenderse tendencia
como general
la que
tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna. La corrosión es una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reacción electroquímica. Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.)
Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven cinco toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.
La corrosión es un campo de las ciencias
de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físicoquímica). Lo
que
provoca
la
corrosión es un flujo eléctrico masivo
generado
por
las
diferencias químicas entre las piezas implicadas. (la corrosión es un fenómeno electroquímico) Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro. Cuando desde una especie química se ceden y migran electrones hacia otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo y se verifica la oxidación, y aquella que los recibe se comporta como un cátodo y en ella se verifica la reducción.
Para que esto ocurra entre las especies, debe existir un diferencial electroquímico. Si separamos una especie y su semireacción, se le denominará semipar electroquímico; si juntamos ambos semipares, se formará un par electroquímico. Cada semipar está asociado a un potencial de reducción (antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidación). Aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción y, viceversa, aquél que exhiba un potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica, en donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta electrones. Al formarse la pila galvánica, el cátodo se polariza negativamente, mientras el ánodo se polariza positivamente.
Los metales en la Corrosión
El Acero El hierro proviene principalmente del mineral hematites(Fe2O3) u óxido férrico. En los altos hornos se trata con carbón para quitarle el oxígeno y liberar el metal de hierro o arrabio. En el proceso se forma dióxido de carbono(CO2). También se le añade caliza(CaCO3,carbonato de calcio) para liberar las impurezas de sílice(SiO2, dióxido de silicio)contenidas en el mineral. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO.
Resistencia al desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de fricción con otro
material. Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber energía
sin producir Fisuras (resistencia al 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. Se mide en unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre. El hierro se produce silicato de calcio, llamado también escoria. El
hierro y la escoria se separan por gravedad, ya que la escoria es menos densa y flota sobre el metal.
El Acero es una mezcla de metales(aleación) formada por varios elementos químicos, principalmente hierro y carbón como componente
minoritario(desde el 0,25% hasta el 1,5% en peso). El acero inoxidable se caracteriza por su alta resistencia a la corrosión. Es una mezcla de metales(aleación), formada por hierro p. Los cuatro tipos principales de acero inoxidable son: 1. Austenitic: es el tipo de acero inoxidable más usado, con un contenido mínimo de níquel del 7%. 2. Ferritic: tiene características similares al acero suave pero con mejor resistencia a la corrosión. El contenido en cromo varia del 12% al 17% en peso. 3. Duplex: Es una mezcla del ferritic y austenitic. Incrementa su resitencia y ductilidad. 4. El acero inoxidable de Martensitic contiene cromo entre el 11 hasta el 13%, es fuerte y duro y resistencia moderada a la corrosión. Historia del Acero Inoxidable El acero inoxidable fue inventado por Harry Brearley (1871-1948) quien había comenzado a una edad muy temprana a trabajar como operario en la aceria de su pueblo (Sheffield, Inglaterra). En 1912 Brearley comenzó a investigar a petición de los fabricantes de armas, una aleación que presentara mayor resistencia al desgaste que la experimentada hasta el momento por el interior de los cañones de las pequeñas armas de fuego como resultado del calor despedido por los gases. Buscando un metal que resistiera la erosión, Brearley encontró un metal resistente a la corrosión. Su invento no tuvo mayor interés inmediato y fue destinado a la fabricación de cuberterías. El acero inoxidable es una aleación de hierro y carbono que contiene por definición un mínimo de 10,5% de Cromo. Algunos aceros también incluyen otros elementos como el níquel o el molibdeno. El acero inoxidable
es un tipo de acero resistente a la corrosión, el cromo que este posee tiene gran afinidad por el oxigeno, este reacciona con el formando una capa pasivadora que evita la corrosión del hierro que contiene la aleación. La película de cromo puede ser afectada por ácidos dando lugar a la oxidación del hierro. Tipos de Corrosión La
Corrosión Intergranular corrosión
intergranular,
también
conocida
como
ataque
intergranular, es una forma de corrosión que se presenta en algunas aleaciones, y que está caracterizada por la disolución del metal en las zonas próximas al borde de grano. Se suele producir en aleaciones que forman capa pasiva, como son los aceros inoxidables, y que consiste en la formación de carburos de cromo en los bordes de grano, provocando un empobrecimiento en cromo en la zona aledaña, no quedando suficiente cromo para formar la capa pasiva de óxido de cromo que le protege del ambiente. Este fenómeno es característico de los aceros inoxidables, sin embargo se puede presentar en otras aleaciones que forman capas pasivas, como aleaciones base aluminio o níquel.
Corrosión Galvánica
Esta se produce cuando 2 metales diferentes están en contacto eléctrico y a su vez conectados por medio de un electrolito como un liquido conductos como el agua de mar. Fluye una corriente desde el metal anódico al catódico y como resultado el metal menos noble se corroe.
Este tipo de corrosión es especialmente relevante cuando se plantean uniones de acero inoxidable con acero al carbono o aceros de baja aleación. Es importante seleccionar los materiales de soldadura de modo que sean al menos tan nobles como el material base.
Corrosión por picaduras
Como su nombre la indica, la corrosión por picaduras toma la forma de pequeños hoyos localizados. Esto ocurre como resultado de la rotura local de la capa pasivante, normalmente por iones cloruro, aunque otros haluros y otros aniones pueden tener otro efecto similar. Dado que el ion cloruro es el mayor causante del ataque por picaduras, los ambientes costeros y marinos son bastante agresivos. La probabilidad que un cierto entorno provoque ataque por picaduras depende, además de la cantidad de cloruros, de otros factores como la temperatura, acidez o alcalinidad y el contexto de gases oxidantes. El ataque por picaduras se reduce utilizando cromo, molibdeno y nitrógeno.
Corrosión bajo tensión
El desarrollo de la corrosión bajo tensión requiere la existencia simultanea de tensiones de tracción y de factores ambientales específicos que difícilmente se encuentren en condiciones ambientales normales de edificación. Las tensiones no necesitan ser altas en relación con la tensión
de prueba del material y pueden estar generadas por cargas y durante los procesos de fabricación tales como soldadura o el doblado.
Proyecto y Fabricación (Como reducir al mínimo la corrosión) La medida mas importante a tomar para prevenir los problemas que puede ocasionar la corrosión es seleccionar adecuadamente el grado de acero inoxidable con los procedimientos de fabricación idóneos para el ambiente que se prevea. En cualquier caso, tras la selección adecuada de un determinado acero se conseguirá hacer uso de todo el potencial de resistencia a corrosión que puede ofrecer dicho acero, si tal selección viene acompañada por buenos detalles constructivos. Las medidas anticorrosivas a adoptar deberían estar presentes en la fase de planteamiento del proyecto y obra y en el desarrollo y diseño de todos los detalles constructivos.
Los problemas debidos a la corrosión pueden ser eliminados frecuentemente modificando de forma apropiada el diseño sin necesidad de cambiar el tipo de acero. Algunos de los parámetros de diseño a tener en cuenta son: La forma de las juntas, la continuidad de la superficie, la concentración de las tensiones. Las soldaduras a tope son preferibles a las soldaduras en solape y es imprescindible utilizar buenos métodos de
soldadura. Se reducirá al mínimo el uso de piezas complementarias, tales como planchas o placas de refuerzo rodeadas de costuras o cordones de soldadura para evitar tensiones biaxiales que resultan difíciles de eliminar por tratamiento térmico.
El Titanio
El titanio tiene varias cualidades que lo hacen especial para hacer cubiertas y fachadas: -
Es resistente a la corrosión sin par y por lo tanto una durabilidad sin
-
límites estimado en superior a 100 años en todos los ambientes No requiere mantenimiento alguno o limpieza Muy ligero y muy fuerte Bajo coeficiente de dilatación térmica No es toxico, no ejerce ningún efecto sobre el medio ambiente Es compatible con otros metales habitualmente empleados en la construcción como el acero y el aluminio No obstante, tenemos que prestar atención a los siguientes aspectos:
-
El coste inicial es considerable No es posible soldar este metal con estaño. Otras soluciones (juntas engatilladas, uniones encoladas, etc.) son posibles. El titanio puede usarse en los siguientes sistemas:
-
Junta alzada en cubiertas y fachadas Junta listón Junta plana (escamas) Paneles de fachada Paneles casete El color natural del titanio es un plateado metálico calro, con una
superficie bastante brillante y reflectante. A diferencia de casi todos los otros metales que trabajamos, salvo el acero inoxidable, el titanio mantiene su brillo. Ademas para darle aun mas
carácter a la obra, la capa de oxido juega con la luz dando efectos de interferencia que cambia el matiz de su color según donde lo miramos. En sistemas engatillados se emplea normalmente en espesores mas delgados que el cobre y el zinc y eso le da las características ondulaciones o aguas típicas de este metal. Espesores mas gruesos que se pueden emplear en sistemas de planeles para fachadas que reducen o eliminan esta característica. El titanio posee varios acabamos muy atractivos conseguidos impartiendo diferentes texturas a la superficie o anodizándola a diferentes espesores. Las texturas pueden aumentar el brillo de su superficie o eliminarlo casi por completo. Entre medio existen texturas con mas o menos brillo y superficies con macro rugosidades diferentes. Mediante el anodinado a diferentes espesores se consigue diferentes colores por el efecto de la interferencia de la luz. Verdes, azules y marrones son los posibles matices.
El níquel El Níquel es un elemento versatil, altamente resistente a la corrosión y se puede alear con muchos metales. Debido a su resistencia a la corrosión, el níquel es usado para mantener la pureza en el procesamiento de comidas y fibra sintética. Es muy resistente a varias reducciones químicas y a los
álcalis cáusticos. Además el níquel tiene unas propiedades térmicas,
eléctricas,
y
magnetostrictivas muy buenas. Este metal se está usando frecuentemente intercambiadores
en de
calor
debido a su relativamente alta conductividad térmica. El níquel y las aleaciones bajas en níquel, comercialmente tienen una cantidad baja de otros elementos o no tienen ningún otro. En contraste, las aleaciones de níquel contienen una cantidad significante adicionada de otros elementos. El níquel y las aleaciones de níquel son metales no ferrosos útiles en una variedad de aplicaciones que incluyen resistencia a la corrosión y al calor. ¿En qué aplicaciones puede ser usado el Níquel? • Procesos químicos y petroquímicos. • Partes electrónicas. • Equipos de proceso para mantener la pureza del producto en manejo de comidas, fibras sintéticas y álcalis.
Los metales en Corrosioó n Ingeniería de la Corrosión (SAIA-3A)
Autor: Hussein Hachem Daoud (C.I. 24.720.005) Edición Marzo 2017 Editorial H