CORROSIÓN Y DEGRADACIÓN DE LOS METALES

Por M. Alvarez

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la corrosión es el deterioro de una sustancia (USUALMENTE UN METAL) debido a una reacción con su medio ambiente. Este concepto reconoce que los metales son los únicos materiales que se corroen, existe el deterioro de otros materiales como la madera, cerámica, plásticos, etc; además pueden no existir cambios visibles en el material, sin embargo el material puede fallar inesperadamente a causa de ciertos cabios en su estructura interna.

Factores que influyen en la corrosión.

Condición de la superficie, la escasa limpieza de la superficie y presencia de materia extraña pueden ocasionar una fuerte influencia en el inicio y desarrollo de la corrosión.

Efecto de la temperatura.
en principio el aumento de la temperatura incrementa la tasa de corrosión, debido a que la temperatura acelera la cinética de las reacciones, Aún en soluciones acuosas, a temperatura ambiente puede existir una parte del material con mayor temperatura que el resto del material, la cual se comporta de forma de forma anódica con respecto a la otra, por ejemplo cuando el hierro se encuentra en inmersión en una solución de NaCI diluida y aireada; el electrodo caliente e3s anódico respecto al metal más frío de la misma composición.

DIFERENCIA DE POTENCIAL.
Cuando existe deferencia de potencial en los materiales expuestos a las mismas condiciones, tal como sucede con el zinc y el acero en agua salada, el metal con un valor potencial estándar de oxidación mayor se corroerá y protegerá al metal con el potencial estándar de oxidación menor.

EFECTO DE LA EROSIÓN
La erosión por sí misma no es corrosión, sin embargo en condiciones abrasivas es posible la remoción de la película protectora del metal dejándolo expuesto al deterioro.

EFECTO DE AMBIENTES CONTAMINANTES.
Los ambientes con contaminantes son factores extremadamente importantes. A menudo, las substancias presentes únicamente en concentraciones bajas tienen mayor importancia en el comportamiento de la corrosión que las substancias presentes en elevadas concentraciones, algunas veces las impurezas pueden acelerar el ataque, en otras ocasiones pueden comportarse como inhibidores.

EFECTO DEL TIEMPO.
En algunos casos de  corrosión  existe una relación lineal, es decir conforme se incrementa el tiempo de exposición se incrementa la tasa de corrosión; en otros casos la tasa de opcrrosión puede disminuir o permanecer en un valor constante.

EFECTOS BIOLÓGICOS.
Los organismos macroscópicos y microscópicos influyen en la corrosión en dos formas principalmente:

Creando obstrucciones sobre la superficie lo cual produce celdas de aireación diferencial.
Absorbiendo hidrógeno de la superficie del acero, que es un factor de protección de la corrosión.

Ciertos sulfatos que son reducidos por bacterias son transformados a ácido sulfuroso en las proximidades de las áreas  catódicas del acero, provocando una aceleración en la corrosión.

TERMODINÁMICA DE LA CORROSIÓN
La termodinámica provee parte de la estructura científica requerida para evaluar el comportamiento y la tasa del proceso de la corrosión, además proporciona  información sobre los productos intermedios de las reacciones complementarias parciales anódica y catódica, las cuales en conjunto constituyen un proceso total de corrosión. Las estructuras y características de los productos  intermedios pueden controlar la resistencia de la superficie del metal al ataque corrosivo.

PROCESO DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN EN SOLUCIONES ACUOSAS

la ciencia de la corrosión frecuentemente involucra el intercambio de electrones entre reacciones parciales: reacciones anódicas que los producen(oxidación) y reacciones catódicas que los consumen (reducción), es necesario conocer los electrones que se intercambian en el proceso de corrosión.

ESTADOS DE OXIDACIÓN

La definición de estados de oxidación manifiesta que: el poder de combinación ejercido por los elementos y sus compuestos está relacionado con sus valencias.
Los óxidos metálicos están formados por transferencia de electrones desde los átomos de metal electropositivos hacia los átomos de oxigeno electronegativos, convirtiéndolos en cationes y aniones respectivamente. Todo incremento de uno, en el estado de oxidación representa la pérdida de un electrón y corresponde a la oxidación del metal. Los electrones que pierde el metal son ganados por el oxigeno. Esto constituye la reducción complementaria del oxigeno y  mediante la contabilización de electrones se encuentra que su estado de oxidación es reducido de 0 a -2.

CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CORROSIÓN

El proceso de la corrosividad puede ser clasificado para su estudio según: el medio en el que se desarrolla, su mecanismo, su morfología y mediante efectos combinados.
CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MEDIO.
Esta clasificación es útil cuando se estudian los mecanismos de ataque de la corrosión
CORROSIÓN QUÍMICA.
En este tipo de corrosión el metal reacciona con un medio no iónico, por ejemplo la corrosión en el aire a alta temperatura, reacción con una solución de yodo en tetracloruro de carbono.

CORROSION ELECTROQUÍMICA.
Se refiere al proceso de la corrosión que se produce en un transporte simultáneo de electricidad a través de un electrolito, com por ejemplo la corrosión en soluciones salinas, en agua de mar, la corrosión atmosférica, la corrosión en los suelos, etc.

CLASIFICACIÓN DE LA FORMA DE ATAQUE.
Esta clasificación permite evaluar los daños producidos por la corrosión.

CORROSIÓN UNIFORME.
la forma más benigna de corrosión, el ataque se extiende de forma homogénea sobre toda la superficie metálica, y su penetración media es igual en todos los puntos. Este tipo de ataque permite calcular fácilmente la vida útil de los materiales expuestos.

CORROSIÓN LOCALIZADA.

Esta corrosión comprende los casos intermedios entre corrosión uniforme y corrosión localizada. El ataque se extiende más en algunas zonas, sin embargo se presenta como un ataque general.

CORROSIÓN INTERGRANULAR.

El ataque se presenta como una estrecha franja que se extiende a lo largo de los límites del grano, este tipo de ataque es muy dañino y puede llegar a destruir el material expuesto. este tipo de corrosión ocurre generalmente en el aluminio, cobre y en aleaciones de acero inoxidable.

CORROSIÓN POR PICADO.

Conjuntamente con la corrosión intergranular son las corrosiones más peligrosas que pueden presentarse; el ataque puede darse en puntos aislados en superficies metálicas pasivas y se propaga hacia el interior del metal, en ciertos casos se forman túneles microscópicos.

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MECANISMO

 

CORROSIÓN GALVÁNICA O BIMETÁLICA.
Este tipo de corrosión resulta de la corriente generada cuando se encuentran en contacto dos metales con potenciales diferentes, los cuales se exponen en una solución corrosiva o en atmósferas húmedas. Unos de los metales es más activo que el otro por lo tanto, se corroe con mayor rapidez que si se encontrara aislado; por otro lado la corrosión del metal más noble decrece.
la corrosión galvánica depende de la diferencia de potencial que existe entre los con metales y de la polarización que sufren los electrodos una vez dada la unión.
la corriente de corrosión sobre el metal que actúa anódicamente será siempre la misma, no así la corrosión del metal que actúa de forma catódica que depende de la difuxión del oxigeno sobre la superficie catódica.
El potencial de un metal o aleación es función de la composición química del medio, peliculas de óxido, productos de corrosión que pueden existir o desarrollarse sobre la superficie metálica y la temperatura.
LAS MEDIDA PREVENTIVAS PARA LA CORROSIÓN GALVÁNICA SON:
-Evitar en lo posible el uso de materiales diferentes.
-Evitar una relación de áreas desfavorables, así por ejemplo un pequeño ánodo conectado a un gran cátodo.
-Aislar eléctricamente un material del otro cuando se utilizan materiales diferentes, en caso de no ser posible el aislamiento; entonces la parte más anódica debe ser diseñada para un fácil reemplazo.
-Proteger el cátodo y el ánodo cerda de la unión de los mismos mediante revestimientos evitando así su contacto.

CORROSIÓN BACTERIANA

En esta variedad de corrosión, las bacterias que existen en el suelo ejercen un papel fundamental producen una corrosión aerobia o anaerobia según las bacterias precisen la presencia  o ausencia de oxigeno respectivamente.

la corrosión anaerobia es la más grave de las corrosiones originadas por microorganismos, entre estas tenemos las bacterias Desufovibrio  Desulfuricans que utilizan hidrógeno para reducir los sulfatos, lo cual da lugar a las formación de ácido sulfhídrico uqe posteriormente reacciona con el hierro para obtener sulfuro ferroso, requieren un pH favorable 5,5 a 5,8 y nutrientes. a

Entre los microorganismos aerobios tenemos las sulfobacterias denominadas asi por su capacidad de almacenar azufre en sus células, antes de oxidarlo a SO₄⁻²

CORROSIÓN POR AIREACIÓN DIFERENCIAL

Este tipo de corrosión se debe a que la superficie se debe a que la superficie del metal está expuesta a un electrolito que posee aireación variable.
Esta variación en la aireación obedece a varios factores tales como:

-Agitación insuficiente de electrolito
-Difusión lenta y diferencia de concentración de iones metálicos sobre la superficie metálica.
-Depósitos de arena y polvo.
-Contacto del metal con otros cuerpos sólidos no metálicos (Plásticos,cauchos,cerámica)
-Geometría particular de la estructura metálica (soldaduras discontinuas, ranuras, uniones roscadas).

CORROSIÓN SELECTIVA

Un caso particular de este tipo de corrosión es la dezinficación. que consiste en la separación del zinc del latón en soluciones acuosas, particularmente el agua de mar. El zinc se disuelve y el cobre permanece en la aleación en forma de masa porosa, de consistencia casi nula, por lo que la estructura metálica falla a la más ligera solicitación metálica.

CORROSIÓN FISURANTE

Esta corrosión es conocida también como corrosión bajo tensión, se presenta cuando un metal está sometido simultáneamente a la acción de un medio corrosivo y a tensiones mecánicas de tracción, entonces se forman fisuras que pueden ser transgranulares o intergranulares que se extienden hacia el interior del metal hasta que las tensiones se relajan o el metal finalmente se fractura.

CORROSIÓN POR FATIGA

la fatiga es la falla de un metal por agrietamiento que está sujeto a una tensión cíclica, cuando la tensión aumenta  el número de ciclos necesarios para que el metal falle decrecerá. existe un nivel de tensión pada cada material que corresponde al valor más bajo en el cual no ocurrirá falla alguna aún con un número de ciclos a este valor de tensión se la conoce como límite de resistencia.

El agua de mar produce un ambiente corrosivo y la vibración de las líneas de acero bajo tensión lo cual provee una tensión ciclica.

la corrosión por fatiga se la puede evitar mediante el uso de revestimientos electroplateados de sacrificio, como por ejemplo el zinc y el cadmio sobre el acero. El revestimiento zinc sobre acero se lo aplica mediante pulverización metálica, que es ,muy efectiva. En ambientes acuosos se puede lograr una mayor protección por protección catódica e inhibidores, aunque no es efectivo cuando se encuentra en niveles altos de tensión cíclica.

CORROSIÓN POR CAVITACIÓN

la cavitación es la formación de vacios o cavidades en un líquido debido a la turbulencia, o a la temperatura que producen un decrecimiento de la presión del líquido por debajo de  la presión de vapor en zonas localizadas dentro de las tuberías reduciendo la resistencia del  material. Los vacios son realmente agujeros en el líquido los cuales contienen únicamente vapor de agua, usualmente existen por un corto tiempo debido a cambios en la presión de un líquido turbulento.

la prevención de este tipo de corrosión requiere del uso de aleaciones más resistentes, donde el diseño de sistemas evite la turbulencia y la caída de presión en lo posible.

CORROSIÓN POR DESGASTE

También es conocida como corrosión por abrasión, se origina por el contacto continuo de una superficie metálica con un material abrasivo que al depositarse sobre ciertos puntos de superficie provoca la corrosión por aireación diferencial dando lugar a la formación de picaduras, este tipo de corrosión puede ser prevenida mediante la eliminación de cualquier roce entre las superficies. El desgaste puede retardarse mediante la lubricación de las superficies en contacto  mediante grasas o aceites.

 

CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

Es un proceso electroquímico que involucra a un metal, productos de corrosión, superficie electrónica y la atmósfera. Depende de varios factores: humedad relativa, niebla, temperatura de la superficie metálica, temperatura del ambiente de exposición, velocidad y dirección del viento, radiación solar, tiempo de humectación, presencia de contaminantes, etc.

la humedad se deposita sobre la superficie metálica que actúa como un electrolito, por ende los productos de la corrosión atmosférica son generalmente poco estables y no detienen el avance de la corrosión.

la corrosión atmosférica se asemeja a la corrosión en medio acuoso, con la distinción de que no existe eliminación constante de los productos de la corrosión, u que además atraviesa por periodos de sequedad y humedad a causa de los cambios climáticos.

la corrosión atmosférica causa grandes pérdidas económicas especialmente en el sector industrial; Según las investigaciones realizadas se ha estimado que más de la mitad de las cuantiosas pérdidas globales de la corrosión se deben a la acción de la atmósfera sobre los materiales metálicos, esto se debe a que la mayor parte de los equipos y construcciones metálicas operan a la intemperie.

la mayoría de los tipos de corrosión ocurren en la atmósfera. Éste tipo de corrosiones es peculiar puesto que, en la corrosión de los metales no existen grandes cantidades de electrolito como sucede en otro tipo de corrosión electroquímica, así también no es posible determinar la diferencia de potencial no la dirección de la polarización. Sin embargo todos los factores electroquímicos(ánodo, cátodo, elctrolito) importantes aparecen en la corrosión atmosférica.

TIPOS DE ATMÓSFERAS CORROSIVAS

Se pueden clasificar en cuatro tipos básicos:

ATMÓSFERA INDUSTRIAL
ATMÓSFERA MARINA
ATMÓSFERA RURAL
ATMÓSFERA INTERIOR.

Se caracteriza la primera por la presencia de contaminantes tales como óxidos de nitrógeno, sulfuros, el dióxido de azufre proveniente de la combustión de carbono y otros combustibles fósiles.
El ácido sulfuroso eso oxidado por algunos procesos catalíticos convirtiéndolo en ácido sulfúrico, el cual se depositan en gotitas microscópicas sobre las superficies expuestas.

Los contaminantes en una atmósfera industrial conjuntamente con el rocío y la niebla producen una película altamente corrosiva, húmeda y ácida sobre las superficies expuestas, adicionalmente a las atmósferas industriales normales o cerca de plantas químicas , otros contaminantes corrosivos pueden estar presentes.

Existen usualmente varias formas de cloruros los cuales pueden ser mucho más corrosivos que los sulfatos ácidos; la reactividad del ácido clorhídrico con la mayoría de metales es más elevada que con otros contaminantes como fosfatos y nitratos.

En cuanto a las atmósferas marinas, una gran cantidad de partículas finas de sal marina son transportadas por el viento y son depositadas en las superficies metálicas expuestas. La concentración de sal contaminante decrece rápidamente con la distancia desde el océano y es afectada enormemente por las corrientes del viento.

Respecto a las atmósferas rurales. Una atmosfera rural no contiene contaminantes peligrosos químicos ; sin embargo, si contienen polvos orgánicos e inorgánicos. Su  principal factor corrosivo constituye la humedad y los elementos gaseosos como el oxigeno y dióxido de carbono.

Las atmósferas áridas y tropicales son variaciones de la atmósfera rural, en climas áridos existe escasa o ninguna lluvia, sin embargo existe una humedad relativa alta y condensación en ocasiones, en los trópicos, además de la alta temperatura promedio, el ciclo diario incluye humedad relativa alta, radiación solar intensa, y largos periodos de condensación durante la noche. En áreas protegidas la condensación puede perdurar hasta después del amanecer, tales condiciones pueden producir un ambiente altamente corrosivo.

ATMOSFERA INTERIOR

la atmósfera interior es originalmente considerada una corrosión poco severa; no obstante, algunas veces puede causar un alto nivel de corrosión; sin embargo, no existe un contaminante típico o condiciones asociadas con las atmósferas interiores. si no existe ventilación, es posible la existencia de humos, que en presencia de la condensación o de alta humedad puede ser altamente corrosivo.

En cualquier tipo de atmósfera se debe considerar que no solamente los contaminantes ácidos son agresivos, sino también los materiales alcalinos también pueden ser corrosivos; se debe tener en cuenta que el mayor contribuyente en la corrosión de los metales es el oxigeno.

Además de las cuatro tipos de atmósferas básicas pueden existir una combinación entre ellas obteniéndose atmósferas mixtas como por ejemplo atmósfera marina-industrial. atmósfera marina-rural etc.

El tipo de atmósfera marina o marina-industrial es generalmente considerada como la atmósfera más agresiva.

FACTORES QUE AFECTAN A LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

Una variedad de factores afecta el comportamiento de la corrosión atmosférica de los materiales que incluyen.

LLUVIA, ROCIO Y CONDENSACIÓN, HUMEDAD, TIEMPO DE HUMECTACIÓN, TEMPERATURA, RADIACIÓN SOLAR, VIENTO, CONTAMINENATES TRANSPORTADOS POR EL AIRE, LOCALIZACIÓN PARTICULAR. ORGANISMOS BIOLÓGICOS.

la lluvia realiza un lavado de los contaminantes atmosféricos sobre las superficies expuestas, lo que podría considerarse como un efecto benéfico. Por otro lado , si la lluvia se estanca en las imperfecciones de las superficies metálicas (grietas o hendiduras) podría acelerar la corrosión por la acumulación de humedad en tales áreas.

El rocío y la condensación son factores indeseables desde el punto de vista de la corrosión si no están acompañados de lluvia frecuente.

(fuente principal: https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/2771/1/CD-0553.pdf