tema 4. oxidación y corrosión. técnicas de protección. tratamientos superficiales

TEMA 4: OXIDACIN Y CORROSIN. TCNICAS DE PROTECCIN. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES.

1.- OXIDACIN Y CORROSIN.

2.- PROTECCIN CONTRA LA OXIDACIN Y LA CORROSIN. a) Proteccin por recubrimiento. Recubrimiento no metlico y metlico

(INMERSIN Y ELECTRODEPOSICIN). b) Proteccin por capa qumica. c) Proteccin catdica. d) Inhibidores.

3.- TRATAMIENTOS TRMICOS DE LOS METALES. TEMPLE

REVENIDO RECOCIDO NORMALIZADO

4.- TRATAMIENTOS TERMOQUMICOS DE LOS METALES.

5.- TRATAMIENTOS MECNICOS.

6.- TRATAMIENTOS SUPERFICIALES.

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TEMA 4. OXIDACIN Y CORROSIN. TCNICAS DE PROTECCIN. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES.

1. OXIDACIN Y CORROSIN. Tanto la accin del medio ambiente como el uso continuado de los materiales pueden provocar en ellos una serie de alteraciones que se traducen en una prdida de sus propiedades. Los mecanismos de deterioro son distintos segn se traten de materiales metlicos, cermicos o plsticos ... As, los metales utilizados en ambientes agresivos (agua salada, temperaturas altas, medios cidos ... ), se ven sometidos a procesos de oxidacin y corrosin que provocan sus deterioro. Desde el punto de vista econmico, la corrosin ocasiona prdidas muy elevadas.

En el deterioro de materiales podemos distinguir dos procesos:

A) OXIDACIN DIRECTA: cuando un material se combina con el oxgeno, transformndose en xidos ms o menos complejos:

Material + Oxgeno xido de material Energa Ejemplo:

2 + 2

Esto lleva a que el metal, con el tiempo, pase de tener un estado libre (puro) a tener un estado combinado con otros elementos (xidos, carbonatos, sulfatos ...) En este caso, los productos de la reaccin quedan adheridos a la superficie del metal. En algunos casos, se forman pelculas protectoras que los aslan del agente corrosivo. El caso ms corriente es el ataque por oxgeno. Sobre el metal se forma una capa de xido que, en algunos casos, autoprotege al metal de una mayor oxidacin.

Pero el oxgeno no es el nico agente que puede intervenir, tambin el cloro, el azufre, el hidrgeno, el CO, el CO2,

En los procesos de oxidacin, los metales pasan de su estado elemental a formar iones positivos (cationes) por prdida de electrones:

+

Siendo n el nmero de electrones que se pierden.

A esta reaccin se le llama reaccin de oxidacin o reaccin andica. El proceso de oxidacin se acelera si la temperatura se eleva.



B) CORROSIN: ocurre cuando la oxidacin se produce en un ambiente hmedo o en presencia de otras sustancias agresivas para un material concreto. Es mucho ms peligrosa para la vida de los materiales que la oxidacin simple, pues en un medio hmedo la capa de xido no se deposita sobre el material, sino que se disuelve en el vapor de agua de la atmsfera, acabando por desprenderse. En este caso, el metal es atacado por un agente corrosivo en presencia de un electrolito (cualquier sustancia, normalmente lquida, que contiene iones libres, que se comportan como medio conductor elctrico. Normalmente el electrolito es una disolucin en la que el disolvente suele ser agua y el soluto otra sustancia). El ejemplo ms conocido es el agua del mar (el cloruro sdico es un agente corrosivo), que acta como electrolito. Los procesos de corrosin son procesos electroqumicos, ya que en la superficie del metal se generan micropilas galvnicas en la que la humedad acta como electrolito. El metal acta como nodo (polo positivo) y, por lo tanto, se disuelve. As, el electrolito acta como medio conductor a travs del cual viajan las cargas que abandonan los electrones del nodo que se corroe, el metal. Nota: nodo: metal que cede electrones y se corroe. Ctodo: receptor de electrones. Electrolito: lquido que est en contacto con el nodo y el ctodo. Debe ser conductor elctrico. Este lquido proporciona el medio a travs del cual se asegura el desplazamiento de cargas elctricas desde el nodo al ctodo.

2. PROTECCIN CONTRA LA OXIDACIN Y LA CORROSIN. Impedir la corrosin implica impedir reacciones electroqumicas. Es decir, eliminar la posible presencia de un electrolito que acte como medio conductor para facilitar una reaccin de transferencia de electrones desde un metal andico. As, las posibles soluciones podran ser:

A) PROTECCIN POR RECUBRIMIENTO: crear una capa o barrera que aisle el metal del entorno. Podemos tener: RECUBRIMENTOS NO METLICOS

Pinturas y barnices (exige que la superficie est limpia de xidos y grasas), plsticos (resistentes a la oxidacin y flexibles, pero no resisten el calor), esmaltes y cermicos (resisten altas temperaturas) .

RECUBRIMIENTOS METLICOS INMERSIN: se recubre el metal a proteger en un bao de metal fundido. El metal al solidificar forma una capa fina protectora. Los metales ms empleados son:

Estao: la tcnica se llama estaado (latas de conserva).



Aluminio: la tcnica se llama aluminizacin. Es una tcnica econmica y con gran calidad.

Plomo: la tcnica se llama plombeado. Se usa para recubrir cables y tuberas.

Cinc: la tcnica se llama galvanizado. Se usa en vigas, vallas, tornillos, ... y otros objetos de acero.

ELECTRODEPOSICIN: en este caso se hace pasar una corriente elctrica entre dos metales diferentes que estn inmersos en un lquido conductor que hace de electrolito. Uno de los metales ser el que har de nodo, el cual se oxidar y se sacrificar. El otro metal, el que se desea proteger, har de ctodo. Cuando pasa la corriente elctrica, sobre el metal catdico se crea una fina capa protectora hecha del material procedente del metal andico, pues la pila obliga a ceder electrones del nodo al ctodo.

B) PROTECCIN POR CAPA QUMICA: se provoca la reaccin de las piezas con un agente qumico que forme compuestos en su superficie que darn lugar a una capa protectora. Por ejemplo:

Cromatizado: se aplica una solucin de cido crmico sobre el metal a proteger. Se forma una capa de xido crmico que impide se corrosin.

Fosfatacin: se aplica una solucin de cido fosfrico y fosfatos sobre el metal. Se forma una capa de fosfatos metlicos que la protegen del entorno.

C) PROTECCIN CATDICA: se fuerza al metal a comportarse como un ctodo, suministrndole electrones. Se emplea otro metal que estar en contacto con el metal que se desea proteger, llamado "nodo de sacrificio", el cual se corroe y acaba destruyndose aportando electrones al metal. Se necesita la presencia de un electrolito.

D) INHIBIDORES: se trata de aadir productos qumicos al electrolito para disminuir la velocidad de corrosin. Ej: sales de cromo (se echan a los radiadores de los coches).



3. TRATAMIENTOS TRMICOS DE LOS METALES Consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento a las que se someten los metales para conseguir determinados cambios en su estructura cristalina, sin que la composicin qumica resulte alterada. Mejoran las propiedades de los metales y las aleaciones, por lo general, de tipo mecnico.

A. TEMPLE

Se utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza y de gran resistencia mecnica, llamado martensita. Consiste en un calentamiento del metal acompaado de un posterior enfriamiento rpido y continuo en agua, aceite o aire. Al obtener aceros martensticos, se pretende aumentar la dureza de los aceros; el problema es que el acero resultante ser muy frgil y poco dctil, porque existen altas tensiones internas.

El ensayo de Jominy o de templabilidad consiste en templar una muestra estndar de acero llamada probeta con un chorro de agua de caudal y temperatura constante. El extremo donde se proyecta el chorro de agua, se enfriar rpidamente, sufriendo el temple y ser ms duro que el otro extremo. Luego se mide la dureza de la probeta cada 1.5mm y se traza la curva de templabilidad. La curva de templabilidad asegura que si la dureza disminuye rpidamente conforme nos alejamos del extremo templado, el acero tendr una templabilidad baja, mientras que los aceros cuyas curvas son casi horizontales sern de alta templabilidad.

B. REVENIDO Es el tratamiento trmico que sigue al temple. El acero templado tiene el inconveniente de ser frgil y poseer tensiones internas. El revenido consiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el acero martenstico. De este modo,



evitamos que el acero sea frgil, sacrificando un poco su dureza. La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rpida.

C. RECOCIDO Consiste en calentar el acero hasta alcanzar una temperatura determinada (mantenerlo a esa temperatura un tiempo) y, posteriormente, enfriarlo lentamente hasta temperatura ambiente (por lo general se apaga el horno y se deja que el material enfre en su interior). Con el recocido se persigue eliminar tensiones del temple y aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero.

D. NORMALIZADO Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformacin mecnica, tales como forja o laminacin ... Se realiza calentando el acero hasta una temperatura crtica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir de ese momento su estructura interna se vuelve ms uniforme y aumenta la tenacidad del acero.

4. TRATAMIENTOS TRMOOUMICOS DE LOS METALES Los tratamientos termoqumicos consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento de metales, que se complementan con la adicin de nuevos elementos en la superficie de las piezas, de manera que se modifica la composicin qumica superficial. Se mejoran las propiedades en la superficie, principalmente la dureza o la resistencia a la corrosin. A. CEMENTACIN: consiste en aumentar la cantidad de carbono en la capa exterior

de los aceros. Se mejora la dureza saperflclal y la resiliencia. Se aplica a piezas que deben ser resistentes a golpes y al desgaste.

B. NITRURACIN: consiste en endurecer la superficie de los aceros y las fundiciones. El componente qumico aadido es el nitrgeno, que se obtiene del amoniaco. Las durezas que se consiguen son elevadas y tienen alta resistencia a la corrosin.

C. CIANURACIN O CARBONITRURACIN: se trata de endurecer la superficie del material introduciendo carbono o nitrgeno. Es una mezcla de nitruracin y cementacin. Se aplica a los aceros.

D. SULFINACIN: se introduce en la superficie del metal azufre, nitrgeno y carbono en aleaciones frricas y de cobre. Se aumenta la resistencia al desgaste y disminuye el coeficiente de rozamiento.



5. TRATAMIENTOS MECNICOS Mejoran las caractersticas de los metales por deformacin mecnica, con o sin calor.

Pueden ser: a) Tratamientos mecnicos en caliente, denominados tambin forja. Consiste en

deformar un metal, una vez calentado a una temperatura determinada, golpendolo fuertemente. De este modo se afina el tamao del grano y se eliminan del material sopladuras y cavidades interiores, con lo que se mejora su estructura interna.

b) Tratamientos mecnicos en fro. Consisten en deformar el metal a temperatura ambiente, ya sea golpendolo, o bien por trefilado o laminacin. Esto incrementa la dureza y la resistencia mecnica del metal y acarrea tambin una disminucin en su plasticidad y ductilidad.

6. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Se modifica la superficie de los metales sin variar su composicin qumica. Los ms utilizados son:

a) Cromado: se deposita cromo sobre la superficie del metal que se desea proteger. Por medio del cromado se disminuye el coeficiente de rozamiento y se incrementa la dureza superficial y la resistencia al desgaste del metal, aunque en el caso de los aceros el objetivo primordial es potenciar su resistencia frente a la corrosin. El cromado se puede realizar por medios electrolticos o por simple difusin a temperatura elevada. Para evitar que el cromo se combine con el carbono para formar carburo de cromo, este tipo de cromado se aplica a los aceros con bajo contenido en carbono.

b) Metalizacin: se proyecta un metal fundido pulverizndolo sobre la superficie de otro, con lo cual este ltimo adquiere las caractersticas del primero

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