corrosion

CORROSION

Reaccion quimica o electroquimicaentre el material y su medio ambiente que produce el deterioro del material y

sus propiedades

2

• corrosion quimica- remocion de atomos de un material porsolubilidad o reaccion quimica entre el material y un medioliquido.

• Dezincado -corrosion quimica especial donde tanto el cobrecoo el zinc son removidos del laton, pero el cobre esredepositado sobre el metal.

• corrosion grafitica – corrosion quimica especial donde los atomos de hierro es removido del hierro fundido, dejandoatras una masa de grafito debil.

Corrosion Quimica

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Figure 22.1 Molten lead is held in

thick steel pots during refining. In

this case, the molten lead has

attacked a weld in a steel plate and

cracks have developed. Eventually,

the cracks propagate through the

steel, and molten lead leaks from the

pot.

4

©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

Figure 22.2 Photomicrograph of a copper deposit in brass, showing the

effect of dezincification (x50).

5

corrosion Electroquimica - Corrosion producida por la

aplicacion de un corriente en una celda electroquimica que

remueve iones del material.

Celda Electroquimica – una celda en la cual electrones e

iones pueden moverse por caminos separados entre dos

materiales, produciendo una corriente la cual permite una

corrosion o un chapeado.

Reaccion de Oxidacion – la reaccion del anodo por la cual

los electrones son retirados del material hacia la celda

electroquimica.

Reaccion de reduccion – la reaccion del catodo en la cual

los electrones son aceptados de la celda electroquimica.

Corrosion Electroquimica

6


Figure 22.3 The components in an electrochemical cell: (a) a simple

electrochemical cell and (b) a corrosion cell between a steel water pipe

and a copper fitting.

7


Figure 22.4 The anode and cathode reactions in typical electrolytic corrosion

cells: (a) the hydrogen electrode, (b) the oxygen electrode, and (c) the water

electrode.

8

Potencial de Electrodo – realcionado con la tendencia de

un material a corroerse. El potencial es el voltaje

producido entre el material y un electrodo estandar..

Serie emf – el arreglo de elementos de acuerdo a su

potencial de electrodo, o su tendencia a corroerse. Serie

de fuerza Electromotriz.

Ecuacion de Nernst – es la relacion que describe el efecto

de la concentracion del electrolito sobre el potencial de

electrodo en una celda electroquimica.

Ecuacion de Faraday – Relacion que describe la

velocidad a la cual ocurre la corrosion o chapeado en una

celda electroquimica.

Potencial de electrodo en las celdas

electroquimicas

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Figure 22.5 media celda usada

para medir el potencial de

electrodo de cobre en

condiciones estandares. El

potencial de electrodo del

cobre es la diferencial de

potencial entre éste y el

electrodo de hidrogeno

estandar en un circuito abierto.

Ya que Eo es mayor a cero, el

cobre es catodico comparado

con el electrodo de hidrogeno.

Este arreglo de metales determina que metal se comportara como anodo y que como catodo cuando los dos se colocan dentro de una celda electrolitica (el arreglo depende de las sales en agua como electrolito)

Par bimetalico

Existen areas anodicas y catodicas en una sencilla pieza de acero.Como el area anodica es corroida, un nuevo material de diferente composicion se expone y entonces de tiene un potencial electrico diferente.

14

Polarizacion – cambio de voltaje entre el anodo y el

catodo para reducir la velocidad de corrosion.

– La activacion de polarizacion es relacionada a la

energia requerida para causar la reaccion en el

anodo o el catodo.

– La concentracioon de polarizacion es relacionado a

los cambios en la composicion en el electrolito.

– Resistencia a la polarizacion es relacionada a la

resistividad electrica del electrolito.

Corriente de corrosion y polarizacion

15

Corrosion intergranular - Corrosion en los limites de grano

debido a la segregacion en los limites de grano o

precipitacion produciendo celdas galvanicas locales.

Corrosion por Stress - deterioro de un material en el cual se

aplicó esfuerzo acelerando la velocidad de corrosion.

Oxygen starvation – en la concentracion de la celda, las

regiones bajas de oxigeno del electrolito causa un material

subyacente par comportarse como el anodo y para

corroerse.

corrosion Crevice – una concentracion especial en la celda

en la cual la corrosion ocurre en grietas por la baja

concentracion de oxigeno.

Tipos de corrosion electroquimica

17


Figure 22.6 ejemplo de microceldas galvanicas en dos tipos de aleaciones:

(a) en aceros, la ferrita es anodica a la cementita. (b) en aceros inoxidables

austeniticos, la precipitacion de carburo de cromo hace anodica la austenita

baja en Cr en los limites de grano.

18


Figure 22.7 Photomicrograph of intergranular corrosion in a zinc die

casting. Segregation of impurities to the grain boundaries produces

microgalvanic corrosion cells (x50).

19


Figure 22.8 Examples of stress cells. (a) Cold work required to bend a

steel bar introduces high residual stresses at the bend, which then is

anodic and corrodes. (b) Because grain boundaries have a high energy,

they are anodic and corrode.

20


Figure 22.9 Concentration cells: (a) Corrosion occurs beneath a water

droplet on a steel plate due to low oxygen concentration in the water. (b)

Corrosion occurs at the tip of a crevice because of limited access to

oxygen.

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Figure 22.10 (a) Bacterial cells

growing in a colony (x2700).

(b) Formation of a tubercule

and a pit under a biological

colony.

22

Inhibidores – adicion a los electrolitos que preferentemente

migran al anodo o catodo, causan polarizacion y reducen la

velocidad de corrosion.

Anodo de Sacrificio – proteccion catodica por la cual un material

mas anodico es conectado directamente al material a proteger.

El anodo es corroido para proteger el material deseado.

Passivacion – produciendo una gran polarizacion anodica por

formar un recubrimiento protector sobre la superficie del anodo y

por tanto interrumpir el circuito electrico.

Proteccion contra la corrosion

electroquimica

23


Figure 22.11 Alternative methods for joining two pieces of steel: (a)

Fasteners may produce a concentration cell, (b) brazing or soldering

may produce a composition cell, and (c) welding with a filler metal that

matches the base metal may avoid the formation of galvanic cells (for

Example 22.8)

24


Figure 22.12 Zinc-plated steel and tin-plated steel are protected

differently. Zinc protects steel even when the coating is scratched, since

zinc is anodic to steel. Tin does not protect steel when the coating is

disrupted, since steel is anodic with respect to tin.

25


Figure 22.13 Cathodic protection of a buried steel pipeline: (a) A sacrificial

magnesium anode assures that the galvanic cell makes the pipeline the

cathode. (b) An impressed voltage between a scrap iron auxiliary anode

and the pipeline assures that the pipeline is the cathode.

26

Figure 22.14 (a) Intergranular corrosion

takes place in austenitic stainless steel.

(b) Slow cooling permits chromium

carbides to precipitate at grain

boundaries. (c) A quench anneal to

dissolve the carbides may prevent

intergranular corrosion.

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Figure 22.15 The peak

temperature

surrounding a

stainless-steel weld

and the sensitized

structure produced

when the weld slowly

cools (for Example

22.10)

29

Polimeros simples (tal como polietileno, polipropileno

y poliestireno), polimeros de alto peso molecular,

polimeros cristalinos y termofijos son relativamente

inmunes a ataque.

Sin embargo, ciertos polimeros –incluyendo

poliestireno, poliuretanos, celulosicos y cloruro de

polivinilo pastificado (los cuales contienen aditivos

que reducen el grado de polimerizacion)- son

particularmente vulnerables a degradacion

microbiana.

Degradacion microbiana y polimeros

biodegradables

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Figure 22.16 The standard free energy of formation of selected oxides

as a function of temperature. A large negative free energy indicates a

more stable oxide.

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Figure 22.17 Three types of

oxides may form, depending

on the volume ratio between

the metal and the oxide: (a)

magnesium produces a

porous oxide film, 9b)

aluminum forms a protective,

adherent, nonporous oxide

film, and (c) iron forms an

oxide film that spills off the

surface and provides poor

protection.

32

Desgaste adhesivo – la remocion de material de una superficie

de un equipo en movimiento por enlaces momentaneas locales,

despues de fractura de enlace, en la superficie.

Desgaste abrasivo – remocion de un material de la superficie por

accion de corte por particulas.

Cavitacion – erosion de la superficie de un material por la

presion producida cuando una burbuja de gas colapsa en un

liquido en movimiento.

Liquid impingement -erosion de un material causado por el

impacto de gotas de liquido arrastrado por un gas.

Desgaste y erosion

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Figure 22.18 The asperities on

two rough surfaces may

initially be bonded. A sufficient

force breaks the bonds and the

surfaces slide. As they slide,

asperities may be fractured,

wearing away the surfaces and

producing debris.

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Figure 22.19 Abrasive wear, caused by either trapped or free-flying

abrasives, produces troughs in the material, piling up asperities that may

fracture into debris.

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Figure 22.20 Two steel sheets joined by an aluminum rivet

(for Problem 22.25).

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Figure 22.21 Cross-section through an integrated circuit showing the

external lead connection to the chip (for Problem 22.26).

Formas de corrosion• General. Se identifica por una formación

uniforme de productos de corrosión que causa una capa delgas sobre el acero

• Localizada. Causada por una diferencia en condiciones químicas o físicas entre dos sitios adjuntos

• Bacterial. Causada por la formación de bacteria con afinidad del metal sobre la superficie del acero

• Galvánica. Causada cuando metales desiguales están en contacto, la diferencia en el potencial genera una celda de corrosión o una pareja bimetalica.

Metodos de control de corrosion

• Barrera de proteccion. Proveido de un recubrimiento protector que actua como una barrera entre los elementos corrosivos y el sustrato metalico.

• Proteccion catodica: emplea la proteccion de un metal por el contacto con otro metal que mas anodico, de acuerdo a la serie galvanica

• Materiales resistentes a la corrosion: materiales inherentemente resistentes a la corrosion en ciertas condiciones ambientales.

Barrera de proteccion

• Pinturas

• Recubrimientos de polvos

• galvanizado

Galvanotecnia

Consiste en la electrodeposición de un recubrimiento metálico sobre una superficie que puede ser o no metálica. Se recomienda cuando por costos o por razones estructurales es necesario modificar las características del material base, principalmente resistencia a la corrosión, dureza, apariencia, conductividad eléctrica y rozamiento

• Los recubrimientos pueden ser anódicos o catódicos, dependiendo de la posición de la pieza en el terminal anódico o catódico del circuito.

Proteccion catodica

• Anodo de sacrificio galvanico.

– Piezas de metal activo tal como magnesio o zinc se colocan en contacto con el ambiente corrosivo y son electricamente conectado a la estructura a ser protegida.

Proteccion catodica

• Aplicación de zinc galvanico

– Metalizado con zinc. Se alimenta zinc a una pistola caliente, cuando se funde se aplica en spray sobre la estructura o partes usando combustion de gases y/o aire comprimido auxiliar.

Proteccion catodica

• Aplicación de zinc galvanico

– Pinturas ricas en zinc. Las pinturas contienen polvo de zinc metalico y es aplicado con brocha o en spray.

Proteccion catodica• Aplicación de zinc galvanico

– Galvanizado por inmersion caliente. Completa inmersion del acero dentro del contenedor de zinc fundido.

– Preparacion de superficie

– Galvanizado

– inspeccion

zincado• El proceso de Zincado consiste en la electro-deposición del

recubrimiento de zinc metálico sobre una superficie que puede ser metálica o no metálica.

• El objetivo del recubrimiento es mejorar la apariencia del metal base, como también protegerlo de la corrosión.

• Tipos de Zincado:

• Zincado Negro

• Zincado Blanco o Azul

• Zincado Irisado

• Zincado Verde

• El objetivo del recubrimiento es

mejorar la apariencia del metal base,

como también protegerlo de la

corrosión.

cromado

• Reacción de deposición de cromo

• Reacción colateral

fosfatizado

• Se limpia la superficie de la muestra y se sumerge en solucion formada por: agua, acido fosforico, acido nitrico, oxido de zinc y nitrito de sodio; despues de varias horas (depende del espesor de la pieza) se tienen propiedades antioxidantes.

• Presentan una buena base para acabados organicos

• Se puede aplicar a acero, hierro, zinc, aluminio y sus aleaciones.

pavonado

• El proceso de pavonado es una oxidación de las piezas metálicas de hierro o acero al contacto con unas sales a temperaturas bastante elevadas; produce un acabado decorativo negro o azulado, no protector contra la corrosión en superficies ferrosas.

Pavon azul

• 1.- Se limpia escrupulosamente la pieza a tratar.

• 2.- En un recipiente de vidrio se realiza la siguiente mezcla con la ayuda de una varilla de vidrio:

• Nitrato sódico con dos partes de sosa cáustica y dos partes de agua en volumen.

• 3.- La mezcla se calienta hasta la ebullición fuerte. NO EMPLEAR RECIPIENTE DE ALUMINIO.

• 4.- Se introduce la pieza a pavonar en la mezcla y se mantiene la ebullición hasta que adquiera el color deseado.

• 5.- Se enjuaga la pieza con agua muy caliente y se deja secar.

Pavon negro• 1.- Se limpia escrupulosamente la pieza a tratar.

• 2.- En un recipiente de vidrio se realiza la siguiente mezcla con la ayuda de una varilla de vidrio:

• Agua destilada (125 gramos)

• Solución normal de cloruro férrico (15 gramos)

• Alcohol de 90º (7 gramos)

• Cloruro de Mercurio (1 gramo)

• Ácido nítrico (10 gramos)

• Sulfato de cobre (1 gramo)

• 3.- La mezcla se aplica a brocha sobre la superficie del metal y se deja actuar hasta que se seque, aproximadamente 18 horas.

• 4.- Una vez seca se sumerge en agua a punto de ebullición y se mantiene en esas condiciones durante 30 minutos.

• 5.- Se saca la pieza del agua y se deja secar.

• 6.- Se limpia la superficie del metal con lana de acero.

• 7.- Se repite el procedimiento hasta obtener el color deseado.

Proceso de estañoEl proceso de estañado consiste en la electro-deposición de estaño

metálico sobre una superficie que puede ser metálica o no metálica, la

gran importancia de estos recubrimientos reside en su capacidad de

resistencia a los agentes atmosféricos, al agua y a diversas soluciones

salinas y ligeramente ácidas. Por otra parte, su resistencia al ataque de la

mayoría de los ácidos orgánicos (cítrico, mágico, láctico, etc.) y el no tener

carácter tóxico, hacen que sean especialmente aptos para la protección de

envases en la industria de alimentos.

También es utilizado para proteger alambres

conductores de cobre y de hierro contra el

ataque a la corrosión atmosférica.

Este es un baño de Estaño Acido

estable con depósitos nivelados,

brillantes y con excelente

soldabilidad.

Cobrizado

• El proceso de Cobrizado consiste en la electro-deposición de cobre metálico sobre superficies metálicas como bronce, cobre y zamac. La aplicación principal de este tipo de recubrimiento reside en el hecho de constituir un

magnífico depósito

intermedio para el

niquelado y posterior

cromado de muchos

metales.

tropicalizado

• Es un recubrimiento de apariencia amarillo iridiscente que se obtiene a partir de la aplicación del Zinc (galvanizado) y la posterior aplicación de un cromado.

• Con el tratamiento de Tropicalizado se aumenta la resistencia contra la corrosión de las piezas galvanizadas

plateado• El proceso general de plateado requiere tres pasos.

• 1)Limpieza de la superficie a platear.Se ponen 1 o 2 ml de mezcla crómica en el tubo de ensayo y se calienta

ligeramente en el baño termóstático. Por medio de giros cuidadosos se extiende a toda la superficie del tubo la mezcla crómica. Despues de unos minutos se devuelve la mezcla crómica del tubo a su recipiente. (Nunca al desagüe). Se lava con abundante agua destilada y se deja escurrir.

• 2)Preparación de la disolución amoniacal de plata.

En el tubo de ensayo preparado se ponen 2 ml de nitrato de plata. Se añaden sosa gota a gota -agitando a cada gota- hasta que no se forme más precipitado. Queda un precipitado pardo negruzco de Ag2O.Para disolver el precipitado anterior, se van añadiendo gotas de la disolución amomiacal y agitando hasta que se disuelva totalmente. La especie en disolución es Ag(NH3)2

+. Conviene añadir otro tanto de disolución amoniacal.

• 3)Reducción con glucosa.

Se añade con la espátula una porción de glucosa a la disolución amoniacal de plata se agita y se pone el tubo de ensayo en el baño termostático (60 - 70 ºC). Se deja en reposo durante unos 30 min. De todas formas al cabo de 15 a 20 s la plata precipita en las paredes del tubo formando un espejo.Para fijar la capa metálica más fuertemente a la pared del tubo puede vaciarse éste y rociar su interior con laca.

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