Corrosion a Alta Temperatura 2013

7/28/2019 Corrosion a Alta Temperatura 2013

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DETERIORO DE LOS

MATERIALESA ALTAS TEMPERATURAS

D.Sc. Manuel Guerreros Meza

Profesor FIC - FIMM

10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU


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Corrosin a altas Temperaturas

Corrosin a alta temperatura es undeterioro qumico de un material(normalmente un metal) bajocondiciones de muy altas temperaturas.

Esta forma no galvnica de corrosinpuede ocurrir cuando un metal estsujeto a una temperatura elevada enuna atmsfera que contenga oxgeno,

sulfuros u otros compuestos capaces deoxidar (o ayuden en la oxidacin de) losmateriales expuestos.



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Condiciones para que un xido sea

protector a altas temperaturas

Debe tener los siguientes: Buena

adherencia, punto de fusin alto, baja

presin de vapor, coeficiente de

expansin trmico casi igual al del metal,

plasticidad a alta temperatura para evitar

su ruptura, baja conductividad elctrica,bajo coeficiente de difusin para iones

metlicos y oxgeno.



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La relacin de Pilling-Bedworth

mide el volumen del xido formado por el del metalconsumido:

La relacin de Pilling-Bedworth, mide el volumen delxido formado por el del metal consumido:

Dnde:

Si P.B. < 1; se forman xidos no protectores, suelenser porosos.

Si P.B. > 2; se forman xidos no protectores, aumentael volumen, las tensiones internas y hacen que elxido tienda a romperse.

Si 1 < P.B. < 2; se forman xidos protectores.



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Pilling y Bedworth (1923)

"Si el volumen del xido formado es menor que aqul del metal quereemplaza se tendr un xido de estructura porosa. Si lo opuesto es

cierto se forma una capa homognea continua de oxido

METAL

XIDO

W.d W = peso molecular del xidoRelacin de P. & B. = w = peso frmula del metal

w.D D = densidad del xidod = densidad del metal

P. & B. < 1

XIDO POROSO

P. & B. > 1

XIDO COMPACTO

10/06/2013 5D.Sc. Manuel Guerreros Meza


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Aluminio - Al2O3 1,29 Litio - Li2O 0,57

Bario - BaO 0,69 Magnesio - MgO 0,81

Cadmio - CdO 1,21 Mangan.MnO2

2,27

Calcio - CaO 0,64 Nquel - NiO 1,70

Cesio -Cs2O 0,47 Plomo - PbO 1,28

Circonio - ZrO2 1,49 Potasio - K2O 0,45

Cobalto - CoO 1,75 Silicio - SiO2 1,89

Cobre - Cu2O 1,67 Sodio - Na2O 0,58

Cromo - Cr2O3 2,02 Titanio - TiO2 1,76

Estao - SnO 1,28 Torio - ThO2 1.35

Estroncio - SrO 0,65 Tungsteno - WO2 1.88

Hierro - Fe3O4 2,10 Zinc - ZnO 1,59

COEFICIENTES P&W DE VARIOS ELEMENTOS



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Tiempo

Corrosin/g/cm2

Tiempo

Corrosin/g/cm2

Corrosin = K . tXIDO PROTECTOR

Corrosin = K . tXIDO NO PROTECTOR

CARACTERSTICAS DE DISTINTAS PELCULAS



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ACEROS INOXIDABLES:

CORROSIN EN MEDIO MODERADAMENTE CORROSIVO

Acero al carbono: 1 mm/ao

Acero aleado con Cr (contenido>12%): 10-4 mm/ao



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0 5 10 15

Tiempo / horas

0

50

100

150

200

(Corr.)

2/(mg/cm2)2

Ni-4,6 Cr

Ni-puro

Ni-11,3 Cr

Ni-20 Cr

ALEACIONES DE NQUEL



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hierro Fe O

- Fe O

aire3 4

2 3

FeO

ESTRUCTURA DEL XIDO DE HIERRO



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vacancias

Ni ++

Ni ++

electrones2 e - O

O=

O=

O=

Vacancias de

Ni creadas

en la

superficie

del xido

++

Ni NiO O2

MECANISMO DE OXIDACIN DEL NQUEL



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Mecanismos de crecimiento de los

xidos Reacciones de oxidacin y reduccin La oxidacin de los metales por el oxgeno es un

proceso electroqumico, donde el metal se oxida y eloxgeno se reduce:

Oxidacin: Me Me2+ + 2e-Reduccin: O2 + 2e

- O2-

Me2+ + O2-MeO Los iones metlicos se forman en la interfase metal-

xido y el oxgeno se reduce en la interfase xido-gas.



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Debido a que los xidos metlicos presentanconductividad elctrica, tanto iones como deelectrones, no se precisa ningn conductorelctrico externo entre nodo y ctodo.

Varios de estos posibles mecanismos son lossiguientes: Pelcula de xido porosa

Si la pelcula de xido formada al comienzo esporosa, el oxgeno molecular puede pasar a travs

de los poros y reaccionas en la interfase metal-xido. Esta situacin prevalece cuando la relacin deP.B. es menor de la unidad, como ocurre en losmetales alcalinos.



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Pelcula de xido no porosa

Si la pelcula de xido no es porosa podran darse los siguientesmecanismos:

La oxidacin puede ocurrir en la interfase xido-gas.En este caso los iones metlicos se difunden desde la interfasemetal-xido hasta la interfase xido-gas. Los electrones tambin sedesplazan en la misma direccin para completar la reaccin.

La oxidacin puede ocurrir en la interfase metal-xido. En este caso los iones oxgeno se difunden a travs de lapelcula para reaccionar en la interfase metal-xido, miestras quelos electrones tienen que poder moverse hacia el exterior.

El posible mecanismo final es una combinacin de loscasos anteriores (xido-gas; metal-xido) en que los iones

oxgeno se difunden hacia el interior y los iones metlicos, juntocon los electrones, hacia el exterior. En este caso el lugar de lareaccin puede estar en cualquier sitio dentro de la pelcula dexido.


R d d l


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Razones termodinmicas de la

corrosin seca

Si:

G < 0; La reaccin ir a la derecha

G = 0; Existe equilibrio qumico

G > 0; La reaccin ir a la izquierda

Existe una ecuacin termodinmica, llamadareaccin deVontHoff:

G = GO + RT ln K



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Para que la reaccin vaya a un lado u otrodepender de la cantidad de oxgeno quetengamos y de su presin parcial.



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Diagramas de EllinghamTienen como pendiente la entropa y como ordenada en el

origen la entalpa. Podemos sacar las presiones parciales de losequilibrios del oxgeno, pudiendo as predecir (desde un punto devista termodinmico) si un xido es estable o no en unasdeterminadas condiciones de presin y de temperatura.

Cinemtica de la corrosin a altas temperaturasSe estudian utilizando dos variables: W (ganancia de peso) y t(tiempo).

Ley lineal y = C1 tSe da en xidos no protectores (porosos) y en xidos que

presentan roturas por tensiones elevadas (P.B. >> 2)



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Ley parablica y2 = C2 tFundamentalmente para xidos de carcter

protector, se da cuando la difusin de iones es

ms lenta.

Ley logartmica y = C3 log (C4 t + C5)Se da en xidos que se forman a temperatura

ambiente o poco elevada. En estos xidos lavelocidad inicial de oxidacin es elevada y luego

disminuye a valores muy bajos. Son xidosprotectores.



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Pueden existir combinaciones de estas tres leyes, seconoce con el nombre de leyes de crecimiento mixto.

Lo que sucede es que los xidos que comienzan

siendo protectores y que luego por distintas razones

dejan de serlo, por factores como la temperatura,acabado superficial, composicin del metal oaleacin, presin del gas

Existen dos tipos de combinaciones:Etapas de crecimiento parablico sucesivas

Ley paralineal



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Corrosin a altas

temperaturas

Soldaduras

Son partes frgiles donde comienzageneralmente la corrosin.

La corrosin empieza por las picaduras.

Depende mucho de la calidad del materialde aporte de la soldadura.

Metal simple

Corrosin por picadura

Corrosin por placas

Corrosin uniforme



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http://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.quierodibujos.com/i/429x.gif&imgrefurl=http://www.quierodibujos.com/Mano-para-Colorear/429&usg=__NhKpNgm8PWG27dJ04iknWEOELG4=&h=589&w=546&sz=22&hl=es&start=9&zoom=1&tbnid=0iTFGodq2PVJoM:&tbnh=135&tbnw=125&ei=IO9STrbfLNGatwf-85DLCQ&prev=/search?q=dibujos+de+manos&hl=es&sa=X&gbv=2&tbm=isch&itbs=1http://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.quierodibujos.com/i/429x.gif&imgrefurl=http://www.quierodibujos.com/Mano-para-Colorear/429&usg=__NhKpNgm8PWG27dJ04iknWEOELG4=&h=589&w=546&sz=22&hl=es&start=9&zoom=1&tbnid=0iTFGodq2PVJoM:&tbnh=135&tbnw=125&ei=IO9STrbfLNGatwf-85DLCQ&prev=/search?q=dibujos+de+manos&hl=es&sa=X&gbv=2&tbm=isch&itbs=1


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CORROSIN UNIFORME10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 44


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CORROSION PELIGROSA EN PLACAS Y PICADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 45


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PROBETAS SOLDADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 46


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EL EXESO DE TEMPERATURA OCASIONA HUECOS10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 47


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PROBETA SOLDADURA EN T PROBETA SOLDADURA EN T10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 48


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SOLDADURA MULTIPLE EN T10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 50


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PICADURA - PLACAS10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 51


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DESGASTE DE LA SOLDADURA POR CORROSION10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 52


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PICADURAS EN EL PUNTO CORTADO CON SOLDADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 53


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PICADURAS EN EL PUNTO CORTADO CON SOLDADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 57


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