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FIUBA - MATERIALES INDUSTRIALES II
CORROSION
MATERIALES INDUSTRIALES IIMATERIALES INDUSTRIALES II
Capitulo 4 Capitulo 4
CORROSIONCORROSION
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FIUBA - MATERIALES INDUSTRIALES II
CORROSION
��introducciintroduccióónn
DEGRADACION
RADIACION
CALOR
AGRESION QUIMICA
ácidos ,álcalis y solventes ( polímeros )
CORROSION ACUOSA
agua pura Oxígeno disuelto
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CORROSION
��medicimedicióón de la velocidad de oxidacin de la velocidad de oxidacióónn
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CORROSION
��medicimedicióón de la velocidad de oxidacin de la velocidad de oxidacióónn
∆m α t1/2
∆m ≈ - t
∆m α t
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CORROSION
��mecanismos de oxidacimecanismos de oxidacióónn
Lineal capas débiles no compactas – Parabólicas capas compactas
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CORROSION
��tipos de corrositipos de corrosióónn
OXIDACION
INFLAMABILIDAD
FOTO DEGRADACION
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CORROSION
��oxidacioxidacióón reduccin reduccióónn
Oxidación
M → Mn+ + ne- M se convierte en un ión
M se oxida Ej.: Fe → Fe2+ + 2e- Al → Al3+ + 3e-
donde ocurre la oxidación se denomina ánodo ( oxidación o reacción anódica )
Los electrones se transfieren a otra especie química se denomina reacción de reducción
Reducción
Puede ocurrir en una solución ácida en presencia de oxígeno disuelto
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
o en una solución neutra o alcalina
O2 + 2H2 O + 4e- → 4(OH-)
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CORROSION
��oxidacioxidacióón reduccin reduccióónn
Los iones metálicos también se pueden reducirEn iones multivalentes
Mn+ + e- → M (n-1)+ se reduce parcialmente o también totalmente Mn+ + ne- → M
La zona en la cual ocurre la reacción se denomina cátodo
Reacción electroquímica total >>> oxidación y reducción
Por ej.: Zn → Zn2+ + 2e-
2H+ + 2e- → H2 (gas)
Zn + 2H+ → Zn2+ +H2 (gas)
Fe + ½ O2 + H2 O → Fe2+ + 2(OH-) → Fe(OH)2 y en una segunda etapa
2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2 O → 2Fe(OH)3
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CORROSION
��pila electroqupila electroquíímicamica
Si los electrodos de Cu y Fe están conectados
eléctricamente, el Cu se reduce a expensas de la
oxidación del Fe:
Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+ los iones de Cu se
depositan como Cu metálico sobre el electrodo de
Cu y el Fe se disuelve ( se corroe ) en el otro lado y
se incorpora en la solución como iones Fe2+
Fe → Fe2+ + 2 e-
Cu2+ + 2 e-→ Cu
Cuando pasa una corriente por el circuito externo los
electrones generados en la oxidación del Fe fluyen a
la pila de Cu y además se produce un movimiento
iónico neto de una pila a la otra a través de la
membrana denominado par galvánico.
Entra las dos semipilas el potencial es de 0.78 V
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CORROSION
��pila electroqupila electroquíímicamica
Si los electrodos son Fe y Zn y están conectados
eléctricamente, el Zn es el ánodo que se corroe y el
Fe se convierte en el cátodo:
Fe2+ + Zn → Fe + Zn2+
El potencial asociado a este par es de 0,323 V .
Los diferentes pares de electrodos poseen
diferentes voltajes . Este voltaje es la fuerza
electromotriz de la reacción electroquímica de
oxidación - reducción
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CORROSION
��mecanismos de oxidacimecanismos de oxidacióónn
M (metal) + O ( Oxígeno ) → MO( óxido ) + energía
En los metales es muy lento y a veces es protector, pero
aumenta con la temperatura
a: difusión de metal y conducción de electrones b: difusión de oxigeno
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CORROSION
��conclusionesconclusiones
••CorrosiCorrosióón de un metal: n de un metal: Deterioro producido como Deterioro producido como
consecuencia de un ataque quconsecuencia de un ataque quíímico del medio.mico del medio.
••Velocidad de corrosiVelocidad de corrosióón: n: Depende de la temperatura y de Depende de la temperatura y de
la concentracila concentracióón del medio.n del medio.
• Es como el proceso inverso al de la metalurgia extractiva,
pues en el estado metálico las energías son mas altas y por
eso tienden a formar compuestos
• Cerámicas y polímeros no sufren ataque electroquímico
sino directamente químico. Por ej. Los cerámicos a altas
Temp. por sales fundidas y polímeros por solventes
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CORROSION
��semisemi--pilapila
Dispositivo para medir la fem del Zn
Un método para saber la tendencia
a formar iones en solución acuosa
es comparar sus potenciales de
semi-pila con el ión Hidrógeno
A los metales que son mas reactivos
que el H se le asignan un potencial
negativo y se los denominan
Anódicos
Ej.: Fe ( -0,44 ) , Zn ( -0,763) Mg ( -2,63)
A los metales que son menos reactivos
que el H se le asignan potenciales
positivos y se los denominan
Catódicos
P. ej.: Cu ( +0,337 ) , Au ( +1,498)
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CORROSION
��serie fem estserie fem estáándarndar
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��serie galvserie galváánicanica
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CORROSION
��corrosicorrosióón por pila galvn por pila galváánica de electrodo nica de electrodo úúniconico
(a) Por la no homogeneidad de la estructura aparecen cátodos y ánodos locales
Zn → Zn 2+ + 2e- (reacción anódica) 2H+ + 2e- → H2 ( reacción catódica)
(b) El caso de la herrumbre en el hierro en agua con oxigeno disuelto
Fe → Fe 2+ + 2e- (reacción anódica)
O2 + 2H2O + 4e - → 4OH- ( reacción catódica) y sumando quedará:
2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe 2+ + 4OH- → 2Fe(OH)2 ↓ precipita hidróxido ferroso y luego
es oxidado a hidróxido ferrico 2Fe(OH)3 de color marrón rojizo
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CORROSION
��pila galvpila galváánicanica
Pila galvánica de concentración iónica
Para saber cual es el ánodo debemos aplicar
Nernst, considerando que la solución de baja
concentración es 0,001M y la otra 0,01M
EFe2+ = E° + 0,0296 log C ion
Para 0,001M EFe2+ = - 0,529 V
Para 0,01 M EFe2+ = - 0,499 V
En la solución mas diluida se encuentra el
ánodo que será oxidado y corroído.
Por lo tanto la pila de concentración iónica
produce corrosión en la región del
electrolito mas diluido.
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CORROSION
��pila de concentracipila de concentracióón de oxn de oxíígenogeno
Si existe una diferencia en la concentración de oxígeno
en la superficie húmeda se puede desarrollar una pila
de concentración de oxígeno
Son de importancia en especial en la corrosión de
metales de fácil oxidación tales como hierro que no
forman películas de oxido protectora .
Las reacciones anódica y catódica para esta pila son:
Reacción anódica: Fe → Fe 2+ + 2 e-
Reacción catódica: O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-
Como la reacción catódica requiere oxígeno y
electrones la concentración mas alta de oxígeno se
encontrará en el cátodo.
Las zonas pobres en oxígeno serán anódicas frente
a las catódicas ricas en oxígeno
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CORROSION
��pilas galvpilas galváánicas por limite de granonicas por limite de grano
En muchos metales y aleaciones los limites de grano son más activos químicamente
(anódicos) que la matriz, por lo cual se corroen los limites de grano.
Para algunas aleaciones ocurre lo inverso y la segregación química hace que los
limites de grano sean catódicos
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��pilas electroqupilas electroquíímica multi fasemica multi fase
�En muchos casos las aleaciones monofásicas tienen mayor
resistencia a la corrosión que las aleaciones de fase múltiple.
� La velocidad de corrosión es mayor en las multifásicas .
Un ejemplo clásico es la fundición de hiero gris perlifica.
grafito
matriz perlítica
El grafito es mucho mas catódico que la matriz
perlifica se crean pilas galvánicas muy activas
entre el grafito y la matriz
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CORROSION
��velocidad de corrosivelocidad de corrosióónn
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CORROSION
��velocidad de corrosivelocidad de corrosióónn
La corrosiLa corrosióón superficial uniforme se expresa como el peso en n superficial uniforme se expresa como el peso en mgmg perdido , porperdido , por
dm2dm2 por dpor díía ( a ( mddmdd))
Otra manera es expresar la velocidad de corrosión como perdida en espesor del
material por unidad de tiempo ( mm/año )
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CORROSION
��reacciones de corrosireacciones de corrosióón y polarizacin y polarizacióónn
El electrodo de Zn en equilibrio con sus
iones E°=- 0,763 V y la densidad de
corriente i0=10-7 A/cm2 ( punto A )
La reacción del electrodo del H
que ocurre en la superf. del Zn bajo
condiciones de equilibrio
E°= 0,00 V y 10-10 A/cm2 (punto B )
Cuando el Zn comienza a reaccionar con el
ácido clorhídrico el potencial es Ecorr
En el punto C la velocidad de disolución del
Zn es igual a la de desprendimiento del H
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CORROSION
��polarizacipolarizacióón por activacin por activacióón y por concentracin y por concentracióónn
Por activaciPor activacióónnLa etapa mas lenta serLa etapa mas lenta seráá la quela que
controle la velocidad del proceso controle la velocidad del proceso
de activacide activacióón por polarizacin por polarizacióónn
Por concentraciPor concentracióónnLa reacciLa reaccióón en la superficie del, metaln en la superficie del, metal
estestáá controlada por la velocidad de dicontrolada por la velocidad de di--
fusifusióón de iones hidrn de iones hidróógeno geno
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CORROSION
��formas de corrosiformas de corrosióónn
Corrosión galvanica
Corrosión por aireación diferencial
Picaduras o “pitting”
Corrosión intergranular
Corrosión selectiva
Corrosión por erosión
Corrosión bajo tensión
Fragilizacion por Hidrogeno
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��corrosicorrosióón galvn galváánicanica
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CORROSION26
��corrosicorrosióón por aireacin por aireacióón diferencialn diferencial
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CORROSION27
��corrosicorrosióón por picaduras n por picaduras ““pittingpitting””
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CORROSION28
��corrosicorrosióón intergranularn intergranular
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CORROSION29
��corrosicorrosióón por erosin por erosióónn
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CORROSION30
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CORROSION
��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--selecciseleccióón del materialn del material
Para materiales METALICOS
�Utilizar el material apropiado a cada medio ambiente
�En condiciones reductoras utilizar aleaciones de Ni y Cu
�En condiciones oxidantes utilizar aleaciones a base de Cr
Para materiales NO METALICOS
�Limitar el uso de polímeros en presencia de ácidos
inorgánicos fuertes
�Los cerámicos poseen la mas alta resistencia a la corrosión
pero debe considerarse su fragilidad
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CORROSION
��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--revestimientosrevestimientos
Revestimientos metálicos
�Utilizados para aislar metales del medio ambiente corrosivo ,
actuando como ánodo
aplicados como electro deposición o colaminado
podría aplicarse varias capas
Revestimientos inorgánicos
acero revestido con porcelana / vidrio
Revestimientos orgánicos (son barrera protectora )
polímeros orgánicos : pinturas y barnices
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CORROSION
��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--disediseññoo
�Prever sobre espesor por corrosión
�Evitar contacto entre materiales diferentes que pudieran
ocasionar pares galvánicos
�Evitar esfuerzos excesivos y concentración de tensiones
�Evitar sharp bends en cañerías para prevenir erosión-
corrosión
�Diseño de tanques y recipientes con posibilidad de vaciados
de emergencia
�Diseñe con piezas que puedan ser fácilmente cambiadas
�Diseñe sistemas que trabajan a alta temperatura de manera
tal de vitar hot spot
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CORROSION
��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--modificacimodificacióón del medion del medio
�Disminuir la temperatura Reduce la velocidad de
reacción
�Disminuir la velocidad de fluidos en cañerías Reduce la
erosión corrosión
�Eliminar el oxigeno disuelto en líquidos Reduce la
corrosión
�Agregado de inhibidores Retardadores catalíticos
que mejoran la resistencia a la corrosión
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CORROSION
��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--protecciproteccióón catn catóódicadica
�Se aportan electrones
a la estructura
a proteger desde una
fuente externa al metal
que se desea proteger
convirtiéndolo en un
cátodo
El metal que se va a proteger se conecta eléctricamente a
otro metal que sea mas reactivo en el medio y experimenta
oxidación y cede electrones protegiendo al metal. El material
oxidado se denomina ánodo de sacrificio y se selecciona de
acuerdo a la serie galvánica ( Mg , Zn )
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CORROSION
��control de la corrosicontrol de la corrosióónn--protecciproteccióón catn catóódicadica
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Este método es mediante la aplicación de una corriente desde
una fuente externa de CC. El polo(-) se conecta a la estructura y
el (+) a un ánodo inerte (grafito)
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CORROSION
��pasivacipasivacióónn
�Pérdida de reactividad química en presencia de condiciones
ambientales particulares
�Teoria de la capa de oxido protector Se trata de una capa que actua como barrera de difusión de productos de
reacción , separando el metal de su entorno
�Teoría de adsorciónSe considera que los metales pasivados están cubiertos por una película
quimiadsorbida de oxígeno
Las dos tienen en comun que se forma un apelLas dos tienen en comun que se forma un apelíícula protectora en la cula protectora en la
superfciie del metalsuperfciie del metal
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CORRROSION
��potencial de corrosipotencial de corrosióón en agua de marn en agua de mar
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CORROSION
��corrosicorrosióón de cern de ceráámicos micos
�Los materiales cerámicos por estar compuestos por materiales metálicos
y no metálicos se pueden considerar como que ya se han corroído lo que
los hace muy resistentes a la corrosión.
�En este caso la corrosión es una simple disolución química en contraste
con los procesos electroquímicos
�Las cerámicas refractarias resisten a altas temperaturas y el ataque a
levadas temperaturas de metales, sales , escorias y vidrios
�En conversión de energía se requieren temperaturas elevadas ,
atmósferas corrosivas y altas presiones. Para estos casos los cerámicos
resisten mejor que los metales por periodos razonables.
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CORROSION
��corrosicorrosióón de poln de políímeros meros
�Los polímeros se degradan por interacción con el ambiente. La
degradación de los polímeros no es una reacción electroquímica sino físico
química
��Hinchamiento.Hinchamiento. En este caso el liquido o soluto difunde en el polímero y
es absorbido por este forzando la separación de las macromoléculas que
conduce a una reducción en las fuerzas de enlace secundarias y el
material se hace mas blando y mas dúctil
��DisoluciDisolucióónn. Ocurre cuando el polímero es totalmente soluble se puede
considerar como la continuación del hinchamiento
�Como regla general cuanto mayor sea la similitud de la estructura
química del solvente y del polímero mayor es la probabilidad de
hinchamiento y disolución
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CORROSION
��corrosicorrosióón de poln de políímeros meros
��Ruptura del enlace. Ruptura del enlace. Denominado también escisión , separación o
ruptura el enlace. Puede originarse por exposición a la radiación o al calor
y por reacción química.
��Efectos de la radiaciEfectos de la radiacióónn. Haz de electrones, rayos X , rayos β , rayos γ y
radiación ultravioleta poseen suficiente energía para penetrar en el
polímero e interactuar con los átomos o electrones de los componentes.
Pueden añadirse estabilizantes para protegerlos
��Efecto de las reacciones quEfecto de las reacciones quíímicas. micas. El oxigeno el ozono y otras
sustancias pueden originar la escisión de las cadenas como resultado de
una reacción química. Muy frecuente en los cauchos vulcanizados
��Efectos tEfectos téérmicosrmicos Escisión de cadenas moleculares a elevadas
temperaturas y producen reacciones químicas que producen especies
gaseosas
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CORROSION
��corrosicorrosióón de poln de políímeros meros
��DegradaciDegradacióón por exposicin por exposicióón a la intemperie n a la intemperie
�Resultado de la oxidación que se inicia por radiación UV del sol.
�La celulosa y el nylon también son susceptibles de la absorción de agua
que reduce su dureza y rigidez
�Los fluorocarbonos son virtualmente inertes en estas condiciones pero
algunos materiales como el PVC y el PE son susceptibles a la degradación
por exposición a la intemperie
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