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ANALISIS DEL FENOMENO DE LA
CORROSION EN MATERIALES DE USO
TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
D.N.I.: 30.819.442-V
FECHA: NOVIEMBRE-2009
ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
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1
Indice .
1. Introducción..……………………………………..………….………..… 04
2. Corrosión. ………………………………………...………….………..… 04
2.1. Definición. ……………..….…………………………….……..… 04
2.2. Tipos de corrosión según sus causas. …………….……...…..… 07
2.2.1. Serie potencial de los metales. …………………………....… 08
2.2.2. Corrosión galvánica (sin f.e.m.). …………………..……..… 12
2.2.3. Corrosión electroquímica (con f.e.m.).………….………...… 14
2.2.4. Corrosión química. ……………………………………...…… 16
2.3. Corrosión por heterogeneidad del metal. ……………………… 18
2.4. Corrosión por heterogeneidad del medio circundante. …….… 20
3. Factores que influyen en la corrosión. ……………………………..… 21
4. Procedimientos de protección contra la corrosión. ………………..… 22
4.1. Protección por recubrimientos metálicos. …………………..… 23
4.1.1. Preparación de la superficie. ………………………………… 24
4.1.2. Recubrimientos por electrólisis. …………………………..… 27
4.1.3. Recubrimientos por inmersión en baño de metal fundido. … 28
4.1.4. Recubrimientos por metalización. ………………………...… 29
4.1.5. Recubrimientos por cementación. ………………..……….… 33
4.1.6. Recubrimientos por chapado. …………………………..…… 35
4.2. Protección por recubrimientos no metálicos. ……………….… 36
4.2.1. Recubrimientos por fosfatación. ……………………….…… 36
4.2.2. Recubrimientos por oxidación superficial. ………………… 37
4.2.3. Recubrimientos por esmaltado. …………………………...… 39
4.2.4. Recubrimientos con pinturas. ……………………………..… 39
4.2.5. Recubrimientos con cerámicas. …………………….…..…… 40
4.3. Protección por el empleo de inhibidores. ……………………… 42
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PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
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2
4.3.1. Inhibidores anódicos. ………………………………………… 42
4.3.2. Inhibidores catódicos. ……………………………………..… 42
4.4. Protección por el empleo de pasivadores. …………………..… 43
4.5. Protección catódica. …………………………………………..… 44
4.5.1. Ánodos de sacrificio. ………………………………………… 46
4.5.2. Corrientes impresas. ……………………………………….… 47
4.6. Protección por el empleo de metales autoprotectores. ……...… 47
4.6.1. Aceros inoxidables. ………………………………………..… 48
4.6.1.1. Soldadura de aceros inoxidables. ……………….…… 52
4.6.2. Otras aleaciones autoprotectoras. …………………………… 53
4.6.3. Aceros refractarios. ………………………………………..… 54
5. Propagación de la corrosión. ………………………………………...… 55
5.1. Corrosión localizada. ………………………………………….… 56
5.1.1. Corrosión intergranular. ………………..………………….… 58
5.1.2. Corrosión por picaduras. …………………………………..… 59
5.1.3. Corrosión selectiva. ……………………………………..…… 61
5.1.4. Corrosión por grietas. ……………………………………..… 61
5.1.5. Corrosión por esfuerzos. …………………………………… 62
5.1.6. Corrosión por fatiga. ………………………………………… 62
5.1.7. Corrosión por daño de hidrogeno. ………………………..… 62
5.1.8. Corrosión por cavitación. ………………………………….… 63
5.2. Corrosión uniforme. …………………………………..........…… 63
5.2.1. Ley de Faraday. …………………………………………….… 64
5.3. Corrosión combinada. …………………………………………… 64
6. Cinética de corrosión. ………………………………………………..… 64
6.1. Oxidación. ……………………………………………………...… 65
6.2. El oxido como protector del metal. …………………………..… 66
6.3. Velocidad de oxidación. …………………………………….…… 69
7. Ensayos de corrosión. ………………………………………………...… 70
7.1. Ensayos de corrosión. …………………………………………… 70
7.2. Realización de los ensayos. …………………………………...… 72
7.3. Valoración de los ensayos. ……………………………………… 73
Anexo I: glosario de términos………………………..………….………..… 85
Bibliografía……..……………………………………..………….………..… 94
ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
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PROLOGO
Este trabajo está hecho con la intención de aumentar los conocimientos
sobre uno de los mayores problemas causantes del deterioro de estructuras marinas.
En él, se pretende ver el fenómeno de la corrosión desde el punto de vista de la
TECNOLOGIA, intentando no entrar demasiado en el terreno de la química pura,
sino, tratándolo de manera práctica, con el fin de evitar el mencionado deterioro.
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1. INTRODUCCION.
Los metales están constantemente expuestos a la acción de la atmósfera, que como
se sabe, está compuesta principalmente de 79 partes de nitrógeno y 21 partes de oxigeno.
Como el nitrógeno es un gas muy poco activo, puede decirse que prácticamente inerte, toda
la acción atmosférica depende de la actividad del oxigeno, que no es mucha por estar en
estado molecular (con enlaces homopolares formando moléculas de O2).
Y como, por otra parte, los metales son muy estables, resulta que, sin la
intervención de otro agente, la acción del oxigeno solo sobre los metales resulta muy débil.
Los agentes colaboradores del oxigeno son principalmente dos: el calor y la
humedad.
El oxigeno con el calor produce la oxidación de los metales.
Y el oxigeno con la humedad produce la corrosión.
Ambos procesos son completamente distintos, aunque se emplean generalmente
protecciones comunes para prevenirlos.
2. CORROSION.
2.1. Definición
Se define la corrosión, en general, como la destrucción lenta y progresiva de un
metal por la acción de un agente exterior. Uno de los factores que limitan la vida de las
piezas metálicas en servicio es el ataque químico o físico-químico que sufren en el medio
que les rodea.
Los metales están continuamente expuestos a la acción atmosférica, que, como ya
se ha dicho, está compuesta principalmente de 79 partes de nitrógeno y 21 partes de
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oxigeno. También sabemos que el nitrógeno es un gas prácticamente inerte, por lo que la
acción atmosférica depende prácticamente del oxigeno. Los metales son por lo general
bastante estables por lo que sin colaboración de otro agente la acción del oxigeno sobre
estos es muy débil.
Por lo tanto, la corrosión atmosférica es la producida por la acción combinada del
oxigeno del aire y la humedad. Pero existe también la corrosión química, producida por la
acción de los ácidos y los álcalis.
Como en la atmósfera siempre existe humedad a la temperatura ambiente, los
metales se destruyen más por corrosión que por la oxidación. Siendo sus efectos mucho
mayores en los metales que se encuentren en contacto directo con agua, como por ejemplo,
las estructuras marinas.
El hierro, en presencia de la humedad y del aire, se transforma en óxido y, si el
ataque continúa, termina por destruirse todo él.
La corrosión, en el caso de los metales, es el paso del metal del estado libre al
combinado mediante un proceso de oxidación.
La corrosión es, hasta cierto punto, un proceso evolutivo, natural y, en
consecuencia, lento.
Para que un metal pase del estado libre al estado combinado, es preciso que ceda
electrones (en términos químicos que se oxide). Así, en el hierro pueden tener lugar las
transformaciones:
Estas transformaciones solo tienen lugar en presencia de elementos capaces de
captar electrones (oxidantes: O2, S, Cl2, Br2, I2, H+, etc.).
Así, con el oxigeno seco, a temperatura elevada, tiene lugar la reacción:
ferrico)aferrosoion(deeFeFe
ferroso)ionametal(de2eFeFe
-32
-2
+→
+→
++
+
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Con oxigeno húmedo, a la temperatura ambiente:
Mecanismo según el cual se produce el orín o herrumbre del hierro.
Por tanto, la acción corrosiva del aire es un efecto combinado de la humedad,
contaminaciones gaseosas (principalmente óxidos de azufre) y partículas sólidas.
Depende, por tanto también, de la situación geográfica, pues los productos de
corrosión son distintos: en el aire del campo son óxidos o carbonatos, en las zonas
industriales se encuentra ácido sulfúrico, mientras que junto al mar, contienen algunas
sales.
En los distritos fabriles, a causa de los ácidos, es más rápida la corrosión, mientras
que junto al mar o las ciudades, más profunda, como consecuencia de la mayor
conductividad eléctrica de la lluvia y la tendencia a formarse cloruros o sulfatos solubles.
Se manifiesta principalmente en el hierro, níquel y cobre.
La corrosión causa pérdidas enormes y desgracias incalculables, debidas a
accidentes producidos por la rotura de piezas debilitadas por la oxidación y la corrosión.
Ocasiona fallos en las instalaciones industriales (roturas de calderas, tuberías de
conducción de gas o hidráulicas, cascos de buques, estructuras metálicas, etc.). Desde el
punto de vista económico la corrosión ocasiona pérdidas muy cuantiosas; solo en EE.UU.
supone unos veinte mil millones de dólares anuales. A partir de este dato es fácil
comprender el hecho de que la corrosión sea responsable de que de 1/4 a 1/3 de la
OFe2O3Fe4
O24eO3
e3FeFe4
322
-2-
2
-3
→+
→+×
+→× +
3232 (OH)Fe4OH6OFe2 →+
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producción mundial de acero se dedique a la reposición de las estructuras metálicas
deterioradas.
2.2. Tipos de corrosión según sus causas.
La corrosión es un fenómeno muy complejo, cuyas verdaderas causas y forma de
actuar no se han aclarado por completo.
Actualmente, sin embargo, se admite que la corrosión se produce por dos clases de
acciones fundamentales: por acción electroquímica y por acción exclusivamente química.
• La corrosión por acción electroquímica es la que tiene lugar sobre los metales
expuestos a la atmósfera húmeda, o sumergidos en agua, o enterrados. Este tipo
de corrosión se refiere, principalmente, a los casos en que el metal es atacado
por el agente corrosivo en presencia de un electrolito. Esta clase de corrosión
puede producirse sin fuerza electromotriz exterior, constituyendo la corrosión
galvánica, y por la acción además, de una fuerza electromotriz exterior,
constituyendo la corrosión electroquímica, propiamente dicha.
• La corrosión química es la producida por los ácidos y álcalis, y tiene interés
para la construcción de aparatos resistentes a la corrosión de los productos
químicos que intervienen en el proceso de fabricación.
• La corrosión bioquímica, producida por bacterias, suele tener lugar en objetos
metálicos enterrados. Es específica de cada metal o aleación. Las bacterias no
atacan directamente a los metales; sin embargo, pueden estimular reacciones
que destruyen capas protectoras de la corrosión. Así, en las tuberías de hierro, la
pared interior se recubre de una fina película de hidróxido de hierro calcáreo,
que le protege, pero ciertas bacterias aerobias, como la gallionella ferruginea,
oxidando los iones ferrosos a férricos se provee de la energía necesaria para
asimilar el CO2 y formar su materia orgánica, al mismo tiempo que disminuye
el pH e impiden la formación de la película protectora, con lo que se produce
una corrosión localizada.
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En tuberías enterradas, un ataque por el exterior lo puede producir la bacteria
anaerobia, vibrio desulfuricans, que reduce los sulfatos para utilizar el oxigeno,
combinándolo con el hidrogeno y suministrarle la energía necesaria.
2.2.1. Serie potencial de los metales.
Se ha establecido una serie que se denomina serie potencial de los metales,
asignando el valor 0 al potencial del denominado electrodo normal del hidrogeno, que
consiste en una placa de platino cubierta con negro de platino y sumergida en ácido
clorhídrico, 1,2 normal en la atmósfera saturada de hidrogeno a la presión de 1 atmósfera.
En la serie potencial de los metales hay elementos que son positivos con respecto al
hidrógeno, es decir, que tienen mayor potencial, y el lado de la escala en que están situados
se llama “lado noble”. En el extremo contrario, que se denomina “lado activo”, están
situados los elementos de potencial negativo con respecto al hidrogeno.
Se han obtenido las series electroquímica y galvánica. En la primera se ordenan los
metales por sus potenciales de equilibrio con relación al electrodo normal de hidrogeno y
solo da una idea grosera sobre el comportamiento frente a la corrosión. Mejor información
suministra la serie galvánica, en donde los metales y aleaciones se han ordenado por sus
potenciales de disolución con relación al electrodo de calomelanos, al introducirlos en una
solución de ClNa al 3 %.
Los metales o aleaciones que figuran en cualquiera de las series con potencial
negativo es porque tienen tendencia a emitir iones positivos (se comportan como el ánodo
que, por ser positivo, repele a los iones positivos) y se denominan anódicos; por el
contrario, los que tienen potencial positivo son catódicos (atraen a los iones positivos,
como el cátodo). A este último grupo pertenecen los metales nobles y otros resistentes a la
corrosión.
Cuando se juntan metales distintos o se les conecta eléctricamente de cualquier
manera, se forma un par galvánico. En todo par galvánico el metal de mayor potencial
negativo es anódico con respecto al de menor potencial, que actúa de cátodo. Siempre es el
metal más anódico el que se corroe.
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Serie electroquímica
Metal ion potencial normal (voltios)
Oro Au+++ (+)1,42
Pt Pt++ (+)1,2
Ag Ag+ (+)0,8
Hg (Hg 2)++ (+)0,8
Cu Cu++ (+)0,345
H H+ 0
Pb Pb++ (-)0,125
Sn Sn++ (-)0,135
Ni Ni++ (-)0,25
Cd Cd++ (-)0,40
Fe Fe++ (-)0,44
Cr Cr++ (-)0,71
Zn Zn++ (-)0,76
Al Al+++ (-)1,67
Mg Mg++ (-)2,34
Na Na+ (-)2,71
K K+ (-)2,92
Li Li+ (-)3,02
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Serie galvánica
(medida en solución
al 3% de ClNa)
Potencial en voltios
Pt (+)0,30
Au (+)0,22
Cr (pasivo) (+)0,20
Acero inoxidable (18-8) (+)0,10
Hg (electrodo de ref.) 0
Ag (-)0,05
Cu (-)0,18
H (-)0,25
Ni (-)0,27
Sn (-)0,44
Pb (-)0,47
Cr (activo) (-)0,60
Fe (-)0,65
Aleación Al-Cu (-)0,65
Aleación Al-Cu (-)0,74
Cd (-)0,78
Aleación Al-Mg (-)0,79
Zn (-)1,06
Mg (-)1,63
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El conocimiento del potencial de electrodo es de la mayor importancia para
interpretar los mecanismos de corrosión electroquímica. Su medida permite determinar el
grado de polarización del electrodo e incluso estimar la velocidad de corrosión metálica;
conocer si un metal está en estado “activo” o “pasivo”; seguir la formación y rotura de
películas superficiales; estudiar el efecto sobre el metal de eventuales sustancias
inhibidoras o estimuladoras de los procesos de corrosión; establecer las regiones anódicas
(en las que el metal se ataca) y las catódicas en grandes estructuras, o entre metales
diferentes en contacto, etcétera.
Convendría tener presente la relación de Nerst entre los potenciales de equilibrio y
la actividad o concentración efectiva de los iones metálicos en solución (aMe z+):
Donde:
E = potencial del metal a una actividad de sus iones igual a aMe z+
E0 = potencial normal del metal
F = 96.493 culombios
Z = valencia de los iones
R = constante de los gases.
Aun cuando en esta expresión intervenga la actividad puede, a menudo, sustituirse
con suficiente aproximación por la simple concentración de los iones disueltos, más fácil
de determinar o de calcular.
Según dicha relación, un metal se vuelve más activo (más negativo su potencial) al
disminuir la concentración de sus cationes, por ejemplo, cuando en el medio existen
sustancias formadoras de complejos. Por el contrario, un metal se ennoblece frente a
soluciones cada vez mas concentradas de sus iones.
++= z
Me0 alog
Fz
tR
EE
++= z
Me0 alog
z
0,059
EEC,25ºA
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2.2.2. Corrosión galvánica (sin f.e.m. exterior aplicada).
También conocida como corrosión bimetálica. Ocurre cuando dos metales
diferentes se acoplan electrolíticamente en presencia de un ambiente corrosivo. Uno de
ellos se corroe preferentemente mientras el otro es protegido de dicha corrosión.
Cualquier metal se corroe cuando se acopla con otro con un potencial más positivo
o más noble en la serie galvánica. Al mismo tiempo, el metal más noble se protege de la
corrosión.
Si dos metales de distinta tensión galvánica, como el hierro y el cobre, puestos en
contacto, se sumergen en una solución de cloruro sódico, la sal se ioniza según la ecuación:
Los iones Cl- van al ánodo (positivo), formado por el hierro, al contacto con él se
descargan y lo atacan, formando cloruro ferroso.
Los iones Na+ van al cátodo (negativo), formado por el cobre, donde se descargan
y reacciona con el agua.
La sosa (Na O H) reacciona sobre el cloruro ferroso, dando hidróxido ferroso.
+
+→ NaClNaCl -
FeClFeCl2 2→+
22 HHONa2OH2Na2 +→+
FeH)(ONaCl2FeClHONa 22 +→+
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El hidróxido ferroso (O H)2 Fe se oxida con el oxigeno disuelto en la solución y
se transforma en “orín”, producto muy complejo de composición variable y cuyo
constituyente fundamental es el oxido férrico hidratado Fe2 O3 H2O.
El orín es el producto típico de la corrosión del hierro.
El hidrogeno formado en el cátodo formaría una capa gaseosa alrededor de él, que
lo aislaría parando la reacción, o sea, la corrosión, si el oxigeno disuelto en la solución no
lo quemase a medida que se forma. Por tanto, el oxigeno tiene una doble acción: como
oxidante del hidróxido ferroso y como despolarizante del cátodo, siendo esto último de
importancia capital, hasta el punto de que la marcha de la corrosión depende de la
velocidad de la despolarización.
• Metal corroído.- En general, cuando estén dos metales en contacto en una
solución sufrirá la corrosión el metal de menor potencial de la serie galvánica, o
sea, el que esté más cerca del lado activo y actúe, por tanto, de ánodo.
Así, por ejemplo, si en una plancha de hierro galvanizada (recubierta de cinc) se
produce un poro en el revestimiento de cinc, este, que es el de menor potencial, actuará de
ánodo, y el hierro, de cátodo, produciéndose la corrosión en el ánodo, es decir en el cinc.
En cambio, si en una placa de hierro estañado se produce en la película de estaño
un poro, como el hierro es de menor potencial, actuará de ánodo, resultando afectado de
corrosión.
La posición de los metales en la serie galvánica no da una indicación absoluta de la
forma en que se ha de producir la corrosión, pues a veces diversos factores hacen cambiar
la polaridad. Por ejemplo, los jugos ácidos de las frutas en conserva hacen al estaño
anódico y al hierro catódico, no produciéndose corrosión en el interior de los botes de
conserva aunque existan poros en el recubrimiento.
Para que se produzca la corrosión no es necesario que los metales estén en contacto,
sino que es suficiente que estén en las proximidades. Y tampoco hace falta una solución
salina, pues la corrosión se produce en un metal enterrado si en las proximidades hay otro
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catódico con respecto a él. Puede producirse la corrosión sin que ni siquiera exista otro
metal, bien sea por heterogeneidad en el metal o por heterogeneidad en el medio
circundante (de estos términos se hablara más adelante).
Una circunstancia muy importante hay que tener en cuenta en la corrosión
galvánica, y es la relación entre las áreas catódicas y anódicas. Si el área del cátodo es
grande con relación al ánodo, sufrirá esta una corrosión muy intensa, y, al revés, si el
ánodo es grande con relación al cátodo, la corrosión será débil.
2.2.3. Corrosión electroquímica (con f.e.m. exterior aplicada).
En los casos de corrosión electroquímica hasta ahora considerados, ha sido el
propio metal o dos metales en contacto o muy próximos los que han proporcionado la
fuerza electromotriz para la corrosión electroquímica. Por esto la velocidad de ataque, y
por tanto la corrosión, esta forzosamente limitada. Pero cuando se aplica una fuerza
electromotriz exterior, las velocidades pueden ser mucho mayores.
Un caso típico de corrosión electroquímica es el producido por las corrientes de
retorno de los tranvías, que tienen vuelta por tierra. Aunque teóricamente el retorno de la
corriente debía hacerse por los carriles, en la práctica penetra y se distribuye en una zona
alrededor del carril, y si encuentra algún tubo metálico o cubierta metálica de cables que
tiene dirección apropiada, parte de la corriente pasa por él para volver más adelante a los
mismos carriles o, a veces, a carriles diferentes de otras líneas que tengan el retorno
común. La fracción de corriente eléctrica que sigue el camino indicado es pequeña, si las
calles están bien pavimentadas y el terreno es seco; pero si el terreno es húmedo, esta
corrientes vagabundas alcanzan cierta intensidad y producen serios perjuicios. Se calcula
que un amperio circulando puede destruir 9 kg. de hierro ó 34 kg. de plomo; pero como el
ataque no es uniforme, sino que se produce siguiendo los bordes de los granos, cualquier
tubo o funda puede resultar perforado aunque el peso del metal destruido sea pequeño.
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En realidad, se forman dos pilas electrolíticas en serie, constituidas por:
Raíles de acero (ánodo)—Terreno húmedo—Tubos de acero
o cubiertas de plomo (cátodo)
Tubos o cubiertas (ánodo)—Terreno húmedo—Raíles (cátodo).
La corrosión en los raíles no tiene mucha importancia, porque se han de reponer por
desgaste antes de que lleguen a debilitarse por corrosión; pero los daños en los tubos
pueden llegar a ser muy graves.
Un tipo de corrosión parecido a este ha tenido lugar alguna vez en los edificios de
estructura metálica que tenían circuitos eléctricos en contacto con la estructura.
La protección para evitar la corrosión por corrientes vagabundas puede realizarse
por varios sistemas, que a veces se aplican simultáneamente para mayor garantía de la
protección.
Puede utilizarse un drenaje eléctrico, uniendo todas las cubiertas metálicas de
cables o tubos, a través de resistencias, a la alimentación negativa, para que todo el tubo
sea catódico con respecto al terreno, y así no existen porciones anódicas. Este sistema hay
que usarlo con discreción, pues si la corriente que circula por las tuberías es muy intensa,
puede producir la corrosión anódica en otros tubos no incorporados al drenaje.
También ha dado buen resultado interrumpir con juntas aislantes las cubiertas de
plomo de los cables o los tubos, con lo que se reduce la corriente que pasa por ellos. Estos
aislamientos deben ser muy eficaces, pues si no lo son y sigue circulando corriente, en
cada unión se establecerá una pila electrolítica y se producirá corrosión en el lado anódico
de la junta. En los tubos de agua el ataque se producirá por el interior, puesto que la
corriente seguirá pasando por el agua.
También pueden emplearse barras de sacrificio, haciendo buen contacto con los
tubos, para que la corriente salga por las barras, resultando estas corroídas.
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Y, por fin, también pueden emplearse pinturas a base de alquitrán, betún o
cualquier otro recubrimiento no metálico, tal como se describirá más adelante. Estos
recubrimientos deben ser hechos con mucho cuidado, pues si se dejan zonas sin recubrir, el
ataque será mucho más intenso en ellas que las que sufriría el tubo estando desnudo.
2.2.4. Corrosión química.
• ACCION DE LOS ACIDOS NO OXIDANTES (ácido sulfúrico, clorhídrico, etc.). –
Si se pone en contacto un metal con un ácido no oxidante, en un recipiente cerrado,
generalmente serán reemplazados en el ácido los iones de hidrógeno por los iones
metálicos hasta restablecer el equilibrio en la siguiente reacción:
Esto ocurrirá cuando el potencial M/M++ iguale al potencial H2/2H+ en la
superficie metálica. Para que esto ocurra debe aumentar la concentración de hidrogeno en
el líquido, con el consiguiente aumento de presión, en el espacio gaseoso por encima de él.
Si el metal está en el lado “activo” de la serie galvánica, el equilibrio solo se
alcanzará cuando la presión se haya hecho muy grande. Si el ataque tiene lugar, no en
recipiente cerrado, sino al aire, el equilibrio será imposible, y el desprendimiento de
hidrogeno, y por tanto, la reacción, continuara hasta agotarse el metal con desprendimiento
de burbujas en los metales más activos y por difusión lenta a través del liquido en los
metales menos activos.
Las reacciones de corrosión son:
En el cátodo:
+++
+⇔+ MHH2M 2
2
-
He2H2 =++
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En el ánodo:
Estas reacciones pueden verificarse en puntos contiguos y alternativamente en un
mismo punto.
Si el metal esta en el lado “noble”, como el plomo, la plata, el cobre, etcétera, basta
una pequeña concentración de hidrógeno para que cese la reacción, siendo suficiente una
presión inferior a la atmosférica para que deje de desprenderse hidrogeno y se interrumpa,
por tanto, el ataque del metal con el ácido.
El hierro resulta atacado por los ácidos no oxidantes, favoreciendo este ataque la
presencia de azufre en forma de sulfuro de hierro o manganeso, debido a un efecto
catalizador.
• ACCION DE LOS ACIDOS OXIDANTES (ácido nítrico, etc.).
Los metales del lado “activo” se disuelven, en general, en forma de nitratos en el ácido
nítrico, produciendo, en lugar de hidrogeno libre, compuestos hidrogenados como el
amoniaco (N H3) y la hidroxilamina (N O2 H O).
Los metales del lado “noble” son atacados por el ácido nítrico (N O3 H), y más
violentamente si no se agita el líquido, pues los productos de la reacción obran como
catalizadores.
El ácido nítrico (N O3 H), además de ácido, es un agente oxidante y puede producir
película protectora de oxido férrico (Fe2 O3) en la superficie del hierro, cesando entonces
el ataque porque la película lo protege, aunque se disuelve, pero muy lentamente. Así se
establece una lucha entre las propiedades ácidas y oxidantes del reactivo.
Si el ácido esta diluido, prevalece el ataque del ácido y la corrosión tiene lugar
violentamente. Pero si el ácido está concentrado, prevalece la acción oxidante, y después
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de un ligero ataque al principio, queda el hierro autoprotegido. Puede pasivarse el hierro
introduciéndolo en ácido nítrico concentrado, lo que le permite resistir la acción del ácido
diluido, que atacaría al hierro normalmente.
• ACCION DE LOS ALCALIS.-
El cinc, aluminio, plomo, estaño y cobre son atacados por una solución de hidróxido
sódico. Los metales más resistentes a los álcalis son el níquel, la plata y el magnesio.
2.3. Corrosión por heterogeneidad del metal.
Las heterogeneidades que crean diferencias de potencial electroquímico entre los
distintos puntos de una superficie (dando origen, por tanto, a zonas anódicas y catódicas)
son múltiples, pudiendo provenir lo mismo del metal que del electrolito en contacto con él.
Un trozo de tubería nueva insertado en un tramo de tubería vieja, puede corroerse
rápidamente, pues, en general, actuará de ánodo, y la vieja, de cátodo.
Una impureza cercana a la superficie de un metal es suficiente para iniciar una
corrosión electroquímica; la impureza hace de cátodo, y el hierro, de ánodo.
Otra causa de corrosión es un poro en la cascarilla de laminación. Entre esta
cascarilla, que resulta catódica con respecto al hierro, y este, se produce una pila de
corrosión.
Pueden ser también causa de corrosión las tensiones internas o externas a que quede
sometido un metal, el estado de acritud después de un trabajo en frío, el rayado de su
superficie y, en general, los diversos tratamientos químicos o térmicos, que acentúan las
causas de heterogeneidad y, por consiguiente, las causas de corrosión.
Resumiendo se puede decir que las principales heterogeneidades en las fases
metálicas son:
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1. Fases dispersas en la matriz metálica de diferente composición química que
esta.
2. Partículas contaminantes de la superficie.
3. Segregaciones.
4. Uniones bimetálicas.
5. Anisotropía de los granos cristalinos.
6. Bordes de grano.
7. Dislocaciones emergentes.
8. Regiones de metal deformado en frío.
9. Discontinuidades en capas que recubren el metal.
10. Regiones de metal sometidas a tensión y deformación elástica.
La corrosión electroquímica es sensible a factores estructurales y
subestructurales.
a) Efecto de la Anisotropía cristalina.
b) Caso de bordes de grano reactivos.
c) Influencia de una partícula catódica superficial.
d) De izquierda a derecha, ejemplos de cristal perfecto y cristales
imperfectos: dislocación en cuña y dislocación helicoidal.
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2.4. Corrosión por heterogeneidad del medio circundante.
Las diferencias de temperatura, de concentración y, sobre todo, de concentración de
oxigeno, son causas muy frecuentes de corrosión.
Un caso típico del fenómeno de corrosión por heterogeneidad del medio
circundante, lo constituye la corrosión por aireación diferencial. Las partes de una pieza
menos aireadas, como, por ejemplo, los ángulos vivos, rayas profundas, etcétera, funcionan
como ánodos y son inmediatamente atacados. Esta misma clase de corrosión es la que se
produce en una pieza medio sumergida, en la que la porción próxima a la superficie del
agua y, por tanto, mas oxigenada es catódica, y la parte inferior, menos oxigenada, es el
ánodo, que es el que se corroe.
Otro ejemplo clásico de esta corrosión producida por aireación diferencial. Es el de
la corrosión producida por una gota de solución salina sobre una plancha de hierro o de
cinc que resulta atacada en el centro de la gota, donde se produce cloruro ferroso, que actúa
de ánodo, mientras la periferia, a la que tiene fácil acceso el oxigeno actúa de cátodo,
formándose entre las dos zonas una línea de orín amarillo.
Son numerosos los ejemplos prácticos de corrosión localizada debida a fenómenos
de aireación diferencial. Cualquier objeto reposado sobre una superficie metálica o
aplicado contra ella: partícula sólida, recubrimiento protector parcialmente desprendido, o
incrustación de organismo marino puede dar origen a resquicios.
Corrosión galvánica en el contacto directo latón-aluminio y por aireación diferencial
debajo del reborde dejado por la junta aislante.
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Ejemplos de resquicios: en unión solapada; en las zonas de contacto entre planchas
metálicas amontonadas; en el contacto entre superficie
metálica y partícula inerte; en una raya en el metal, o en defectos presentes en una
soldadura.
3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSION.
Los principales factores que se deben considerar en el estudio de las protecciones
contra la oxidación y la corrosión son los siguientes:
a) Clase y estado del metal.- Evidentemente hay que tener en cuenta, en primer
lugar, la clase de metal y el estado en que se encuentra. Para esto hay que conocer su
composición química, su constitución, estructura, impurezas que contiene, procedimientos
de elaboración, tratamientos térmicos a que ha sido sometido, tratamientos mecánicos, etc.
Las hetereogeneidades químicas, estructurales y las debidas a tensiones internas,
originan pares galvánicos que aceleran la corrosión.
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b) Estado de la pieza.- Destaca el estado de la superficie (los surcos de
mecanizado, rayas, grietas, orificios, etc., favorecen la corrosión; por el contrario, un
pulido perfecto la dificulta), su radio de curvatura y orientación con relación a la vertical,
naturaleza de las piezas en contacto y esfuerzos a que está sometida (los de tracción la
favorecen).
c) Medio en que se encuentra.- El ataque al metal partirá del medio en que se
encuentra, y, por tanto, cuanto mejor lo conozcamos, más fácilmente será prever la clase de
corrosión que se puede producir y los medios de evitarla. Sobre el medio conviene conocer
su naturaleza química, su concentración, el porcentaje de oxigeno disuelto, el índice de
acidez (Ph), presión, temperatura, etc.
d) Clase de contacto entre el metal y el medio en que se encuentra.- El contacto
entre el metal y el medio en que se encuentra queda definido por la forma de la pieza,
estado de la superficie, condiciones de inmersión, etc.
4.PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION CONTRA LA CORROSION.
La lucha contra la corrosión es un problema muy complejo, debido al gran número
de factores que entran en juego; por tanto, cada caso específico requiere un tratamiento
particular y no es posible encontrar soluciones generales.
Se procurará proyectar la estructura de manera que por su forma o el ambiente en
que se encuentre no se favorezcan las circunstancias corrosivas.
Se tratará de evitar las zonas de estacionamiento de líquidos, las uniones
remachadas, el contacto de metales muy separados en la serie galvánica, ángulos vivos,
zonas con acritud, etc.
Los procedimientos generalmente aplicados para la protección contra la oxidación y
la corrosión pueden clasificarse en seis grupos principales:
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1º Protección por recubrimientos metálicos.
2º Protección por recubrimientos no metálicos.
3º Protección por el empleo de inhibidores.
4º Protección por el empleo de pasivadores.
5º Protección catódica.
6º Protección por el empleo de metales autoprotectores.
Sobre la elección del procedimiento más adecuado para cada caso no se pueden dar
normas generales. Cada problema debe ser estudiado como un caso particular, puesto que
simplemente pequeñas impurezas en el medio o en el metal pueden cambiar por completo
el planteamiento del problema.
Además de estos procedimientos para proteger al metal de la corrosión se deberá
tratar, en la medida de lo posible y atendiendo a las solicitaciones a las que estará sometido
el metal, de que la pureza del metal sea lo mayor posible, ya que cuanto mayor sea esta
mayor será su resistencia a la corrosión. Ejemplo: el Zn puro, casi no se ataca por el
SO4H2 mientras que el impuro se ataca violentamente; el Al puro resiste muy bien la
corrosión.
También se podrá añadir elementos de aleación, así se aumenta su resistencia a la
corrosión al añadirle Cr, Ni, Si y otros elementos. Ejemplo: aceros inoxidables 18% cromo
8% níquel. Existen también aleaciones no férreas resistentes a la corrosión: bronces,
latones, metal monel, alpaca, duraluminio, etc.
Otra modificación del metal puede ser el someterlo a tratamientos térmicos. Como
las aleaciones de fase única son las más resistentes a la corrosión, es necesario en muchos
casos un tratamiento térmico adecuado para conseguir una estructura homogénea (aceros
inoxidables austénicos).
4.1. Protección por recubrimientos metálicos.
Uno de los procedimientos más empleados contra la oxidación y corrosión es el
recubrir la superficie que se desea proteger con una capa de metal autoprotector lo más
compacta y adherente posible.
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Si el metal protegido es menos electronegativo (catódico) que el protector
(anódico), la protección tiene lugar aun en el caso de agrietamiento o descascarillado de la
capa protectora. Lo contrario sucede si el recubrimiento es catódico, requiriéndose en este
caso un recubrimiento perfecto, sin porosidad. Como ejemplo del primer caso tenemos el
acero recubierto de Zn y del segundo, al recubrirlo de Sn.
La elección del metal empleado en el recubrimiento se hace de acuerdo con el metal
que se ha de proteger, del objeto de que se trata y del espesor que se proyecta dar a la capa
protectora.
Los recubrimientos metálicos pueden aplicarse por varios procedimientos: por
electrólisis, por inmersión en el baño del metal protector, por metalización, por
cementación y por chapado.
Antes de proyectar un metal sobre una superficie, debe someterse esta a una
preparación previa, para obtener una buena adhesión del metal proyectado.
4.1.1. Preparación de la superficie.
Cualquiera que sea el recubrimiento que se adopte, debe desengrasarse
previamente la pieza con un disolvente apropiado, como sosa cáustica, tricloroetileno,
benceno, etc.
Después se elimina el orín y cascarilla de la superficie del metal sometiéndolo a un
decapado.
• DECAPADO.
La eliminación de la capa de laminación y del orín en la superficie de las piezas de
acero, es absolutamente necesaria antes de aplicar un recubrimiento de cualquier clase.
Esta eliminación se efectúa por medio de una operación que se denomina decapado, que
puede efectuarse por procedimientos mecánicos, químicos y electrolíticos. Todos estos
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procedimientos de decapado se tratarán de forma más extensa en el tema de preparación de
la superficie para pintar.
DECAPADO MECANICO.- La limpieza de la superficie de las piezas puede
realizarse con cepillos de alambre, que limpian bastante la cascarilla y el orín, pero que
siempre dejan residuo, que queda brillante por el frotamiento del cepillo, lo que da
apariencia de que el metal ha quedado completamente limpio.
El chorro de arena realiza una limpieza bastante perfecta. El chorro de arena
proyectado por aire comprimido se emplea con dos fines:
A) Para limpiar la superficie de la pieza.
B) Para la creación de rugosidades que favorecen la adherencia del metal
proyectado.
La limpieza que produce el chorro de arena es solo superficial, y por eso, si la pieza
esta embebida de grasa, debe calentarse previamente y limpiarse con tricloroetileno u otro
disolvente apropiado.
El chorro de arena elimina la cascarilla de las piezas templadas y toda traza de
oxidación. La limpieza con chorro de arena debe preceder a cualquier otra preparación para
evitar que el oxido superficial pueda quedar incluido en la masa de la pieza.
Además de la limpieza, el chorro de arena produce una rugosidad que es función
del abrasivo que se emplea y de la presión del aire comprimido.
El abrasivo generalmente utilizado es la arena silícea, que debe ser de arista viva,
exenta de polvo y completamente seca. Si la arena tiene polvo, blanqueara la pieza, pero no
producirá rugosidad. La arena de granos redondeados pulimenta, pero no da rugosidad y
tampoco sirve.
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El diámetro del grano debe ser inferior a 0,4 mm, que corresponden al tamiz 30 (el
numero de un tamiz es el número de alambres por pulgada cuadrada). Para trabajos
delicados será preferible emplear granos más finos (tamiz 35).
También se emplea el chorro de perdigones, proyectando con una maquina
especial que los recupera, y cuya acción, además, sobre la superficie de la pieza mejora su
resistencia a la fatiga.
Se emplean perdigones de 1 mm de diámetro, proyectados sobre la superficie a una
presión de 5 Kg por centímetro cuadrado.
DECAMADO QUIMICO.- sin embargo, el procedimiento más empleado, sobre
todo como operación previa para el galvanizado y estañado, es la limpieza por medio de
ácidos.
El decapado químico se realiza sumergiendo la pieza en ácido sulfúrico diluido al
10 por ciento a unos 80º C., durante cinco minutos, o en ácido clorhídrico en frío, al 20 por
ciento, ayudando alguna vez, aunque no es frecuente, a levantar la cascarilla raspando la
superficie de la pieza.
Para evitar que resulte excesivamente atacado el metal, se añaden a la solución del
ácido inhibidores que retardan el ataque del metal sin interferir la eliminación de la
cascarilla y el orín. Se emplean como inhibidores sustancias coloidales como la gelatina,
agar-agar y tanino. Sin embargo, se suelen emplear corrientemente inhibidores más
complejos, como el di-orto-tolil-tiourea o el dihidro-dioto-toloudina. La eficacia de los
inhibidores disminuye a medida que se eleva la temperatura.
Las piezas decapadas en ácido clorhídrico y sulfúrico se enmohecen al exponerlas
al aire. Para evitar esto, se emplea un acabado con ácido fosfórico, que les da una
protección adicional, formada por una película gris de fosfato de hierro y sobre la que se
aplica en muy buenas condiciones la pintura. Puede seguirse el procedimiento siguiente: se
sumergen las piezas, primero, en una solución de ácido sulfúrico al 5 por ciento, a 60º C,
durante quince a veinte minutos; se lavan después con agua a 60º C, y se sumergen
finalmente de dos a tres minutos en ácido fosfórico al 2 por ciento, a 85º C. Esta solución
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ha de tener además 0,3-0,5 por ciento de hierro al iniciar el tratamiento. La proporción
de ácido fosfórico debe mantenerse añadiendo más a medida que se consuma.
DECAPADO ELECTROLITICO.- El decapado electrolítico puede realizarse
haciendo actuar los objetos de acero como ánodos en una solución de ácido sulfúrico al 30
por ciento que contiene bicromato potásico. La densidad utilizada es de unos 10 amperios
por decímetro cuadrado.
4.1.2. Recubrimientos por electrolisis.
Se obtienen películas de metal protector utilizando este como ánodo, y las piezas
que se desea recubrir, como cátodos, y empleando un electrolito de una solución del metal
que se ha de depositar en forma de sulfatos o cianuros con adición de algunas sustancias
orgánicas.
La pieza actúa de cátodo en una cuba electrolítica y sobre ella se deposita el metal
protector. Ejemplo: niquelado, cobreado, cromado, dorado, plateado, etc.
Los principales metales autoprotectores que se depositan electrolíticamente son: el
cobre, el níquel y el cromo, y alguna vez el cinc, el cadmio y el latón. También se
depositan electrolíticamente el oro, la plata, el vanadio y el rodio, aunque estos metales
tienen a veces más interés decorativo que protector.
El espesor de las películas es del orden de 0,001 a 0,01 mm.
El níquel y el cromo son los metales más empleados en recubrimientos
electrolíticos. Cuando se trata de piezas de acero se aplican frecuentemente tres o cuatro
capas: una de cobre, otra de níquel y otra de cromo, o bien una de níquel, otra de cobre,
otra de níquel y otra de cromo. Los espesores aproximados son: níquel, 0,005 mm. ; cobre,
0,01 mm. ; níquel, 0,02 mm. ; cromo, 0,002 mm. Para proteger el latón son suficientes dos
capas: una de níquel, de 0,002 mm. , y otra de cromo, de 0,003 mm.
El níquel protege bien al acero contra la oxidación y corrosión, pero se empaña o
mancha en el aire húmedo y por eso se acostumbra a aplicar una película de cromo sobre
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níquel, lo que resulta ventajoso porque el cromo es más duro que el níquel. El depósito del
cobre tiene por objeto cubrir el metal base si queda algún poro en la película de níquel, y,
además, aumentar la adherencia del revestimiento
Se han hecho ensayos de depositar el cinc y el estaño electrolíticamente; pero estos
metales se aplican corrientemente por inmersión, en su masa fundida, de los metales que se
desea proteger.
El cadmio depositado electrolíticamente se creyó que desplazaría al cinc; pero en
realidad solo se emplea actualmente para objetos que han de funcionar en atmósferas
tropicales.
4.1.3. Recubrimientos por inmersión en baño de metal fundido.
Consiste este método en sumergir la pieza que se desea proteger, durante breve
tiempo, en un baño de metal protector fundido. A la salida del baño se somete a la pieza a
una especie de “enjuagado” que disminuye y, sobre todo, uniformiza el espesor de la capa
del metal adherido. Los recubrimientos de este tipo más utilizados son el galvanizado y el
estañado.
• GALVANIZADO.-
El galvanizado es el recubrimiento del acero con cinc. El hierro es catódico
respecto al cinc; por lo tanto, quedara protegido aunque se produzca un poro o fisura en la
capa protectora, pero a costa del cinc, que sufrirá la corrosión. Por esto debe ser la capa de
cinc gruesa, por lo menos de 0,05 gramos por centímetro cuadrado de superficie, si se
quiere que la protección sea efectiva.
Se emplea mucho el galvanizado para el recubrimiento de chapas acanaladas para
techados; para la protección de alambres de hierro, de utensilios de cocina, de tuberías para
agua, de utensilios para avicultura, etc. Parece demostrado, sin embargo, que las tuberías
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galvanizadas se corroen más rápidamente que sin galvanizar, si son de agua caliente. Si son
de agua fría, la protección es eficaz.
• ESTAÑADO.-
El estañado es un procedimiento de protección de los metales por inmersión en un
baño de estaño fundido.
El estaño se aplica preferentemente para la fabricación de hojalata, que es acero
suave calmado, con una película de estaño en cada cara, de unos 0,005 milímetros.
El estaño es catódico con respecto al acero, y, por tanto, en los poros o fisuras del
recubrimiento se producirá una corrosión del metal base más intensa que si estuviese el
metal desnudo. Sin embargo, en las conservas de frutas, los jugos cambian la polaridad
electrolítica y el acero resulta generalmente catódico, por lo que se pierden pocos botes de
conserva por corrosión. Algunos en cambio, se rompen por la presión del hidrogeno
desprendido en el cátodo.
El recubrimiento de estaño se emplea también para proteger utensilios de cocina,
tuberías de agua de cobre, tubos de condensadores de latón, etc.
4.1.4. Recubrimiento por metalización.
La metalización, o sea, la proyección de un metal fundido con una pistola de
metalizar, es un procedimiento de tratamiento superficial de los metales.
La metalización tiene la ventaja de que se puede aplicar, a pie de obra, a objetos de
todas las formas y tamaños, como gasómetros, vagones de ferrocarril, turbinas hidráulicas,
barcos, etc.
La metalización a pistola (puede metalizarse también “al vacío”) consiste en la
proyección de partículas en estado plástico o fundido, sobre una pieza, por medio de una
pistola metalizadora. Esta pistola está formada por un soplete que funde el metal de
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aportación, y de un suministro de aire comprimido que proyecta el metal fundido y acciona
el mecanismo de avance del alambre.
• APLICACIONES DE LA METALIZACION.-
La metalización se emplea cada día más, tanto para trabajos de reparación como
para piezas de nueva construcción, pudiendo citar, entre otras, las siguientes aplicaciones:
1) Recargues de ejes o piezas desgastadas.
2) Reparación de defectos en piezas fundidas.
3) Protección de piezas contra el desgaste, con la aportación de metales más
duros que el metal base.
4) Protección de piezas contra la corrosión atmosférica o de los ácidos.
5) Mejora del acabado de las piezas por aplicación de níquel, cromo-níquel, etc.
6) Fabricación de moldes y de electrodos para electroerosión.
7) Aplicaciones decorativas.
• VENTAJAS DE LA METALIZACION.-
1. ª) Mejora las propiedades de la superficie del metal base. Esta mejora puede ser
producida por la porosidad del depósito o por la calidad del metal aportado.
El metal proyectado es más poroso que el metal laminado o fundido, lo que facilita
la absorción del aceite o grasa lubricante, mejorando el coeficiente de rozamiento y
disminuyendo considerablemente las posibilidades de gripado.
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Por otra parte, el poder proyectar un metal sobre cualquier otro metal base permite
la proyección, por ejemplo, de un acero cromo-níquel para recubrir ejes de acero ordinario,
o recubrir de bronce los pistones de acero de las bombas hidráulicas.
2. ª) Los espesores del metalizado abarcan una gama muy amplia, pudiendo hacer
recargues de hasta 20 mm de espesor y más.
3. ª) El metalizado se efectúa relativamente en frío, debiendo poderse tocar con la
mano la pieza que se metaliza, durante la operación. De esta manera se evita la contracción
del metal proyectado con respecto a la pieza base.
Solamente se calientan ligeramente las piezas cuando se metaliza interiores de
cilindros, y aun este precalentamiento no pasa nunca de 130º C.
• CASOS EN QUE NO ES ACONSEJABLE METALIZAR.-
Debido a la poca elasticidad de los metales proyectados, no pueden exponerse las
piezas metalizadas a choques directos. Por eso no se deben recargar dientes de engranajes,
etc.
También la forma de las piezas impone una limitación a la metalización, puesto que
el chorro de metalizado debe proyectarse perpendicularmente a las superficies, no
pudiendo en ningún caso ser este ángulo de proyección inferior a 45º
Por eso el interior de tubos muy pequeños, cuya longitud sea más del doble de su
diámetro, no podrá recargarse desde el exterior, ya que, aun atacando por las dos
extremidades, quedaría el centro sin metalizar.
• PRACTICA DE LA METALIZACION.-
Para realizar la metalización es necesario colocar las piezas en un soporte adecuado
y disponer de una pistola metalizadora, con suministro de acetileno, oxigeno y aire.
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Para evitar la oxidación de las superficies preparadas para la metalización es
conveniente proceder a esta operación inmediatamente de terminada la operación.
Pistola metalizadora y accesorios.- una pistola metalizadora de tipo oxiacetilénico
está compuesta por un soplete generalmente de oxigeno y acetileno, aunque a veces
también se utiliza oxigeno y propano. Este soplete es similar en su funcionamiento al de
soldadura autógena y tiene por objeto fundir el alambre del metal que se va a proyectar.
Lleva también la pistola una boquilla de aire comprimido, utilizada para pulverizar el metal
fundido por el soplete y proyectarlo sobre la pieza, y un mecanismo de avance del alambre
del metal que se proyecta, que generalmente consiste en una pequeña turbina de aire cuya
velocidad es regulable. Y, por fin, está provista la pistola metalizadora de válvulas de
regulación del paso del aire comprimido del oxigeno y del acetileno, y de la velocidad de
avance del alambre. Hay pistolas que llevan también una válvula general de cierre de paso
de los tres fluidos.
Pistola de proyección TOP-JET : 1. Mandos
2. boquilla de proyección; 3. Soporte con las
Tuberías de entrada de oxigeno, acetileno y aire;
4. mecanismo de mando del hilo; 5. Motor de aire
comprimido; 6. Mando micrométrico para el
avance automático del hilo.
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Los alambres generalmente utilizados son de 1,5, 2 y 3 mm de diámetro,
debiéndose utilizar la boquilla adecuada para cada uno de los diámetros.
Las pistolas son lo suficientemente ligeras para poderlas sostener con la mano sin
cansancio; pero llevan también un dispositivo de sujeción a un soporte fijo o a una torreta
de torno, para la metalización con avance automático.
Como accesorios para el buen funcionamiento de una pistola metalizadora, se
deben contar los siguientes:
a) Un filtro o depuradora de aire.
b) Un manodetentor de acetileno que se coloca en la botella de acetileno.
c) Un manodetentor de oxigeno que se coloca en la botella de oxigeno.
d) Un tablero de reglaje, provisto de un manodetentor de aire, otro de oxigeno y
manómetros de acetileno, oxigeno y aire.
e) Una devanadera para soporte del hilo de metalizar.
f) Tuberías flexibles de goma o plástico para la unión de los diferentes elementos
descritos.
• OPERACIONES DE ACABADO.-
Una vez metalizada la pieza, se debe efectuar, por lo general, un mecanizado de la
superficie, bien sea con herramienta o con muela, para dejar la pieza a la cota prevista. El
mecanizado del bronce, aluminio y aceros de un contenido de carbono de 0,6 por ciento,
puede hacerse con herramientas. Las aportaciones de aceros con contenido de carbono
superior al 0,6 por ciento tendrán que rectificarse a la muela.
4.1.5. Recubrimiento por cementación.
La cementación empleada para la protección contra la corrosión no debe
confundirse con el tratamiento térmico de este nombre, aunque la operación es similar,
pues se trata de alear la capa superficial del metal con otro más noble y resistente a la
corrosión. Pero así como en la cementación empleada como tratamiento térmico, el fin de
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la aleación es aumentar la dureza de la capa superficial, en la cementación empleada para
la protección contra la oxidación y corrosión se trata de obtener una capa autoprotectora.
Se calientan las piezas que se desean proteger, en presencia de polvo del metal
protector, se crea por difusión una capa superficial resistente.
Cuatro son los procedimientos de cementación más empleados: la sherardización,
la cromización, la calorización y la silicación.
La sherardización fue ideada por Sherard Cowper Coles, en 1901. Se emplea
para proteger contra corrosión piezas pequeñas de acero de forma más o menos
complicada, como cerrojos, etc., por medio de una aleación de cinc.
La operación consiste en calentar los objetos, una vez limpios y empaquetados con
polvo de cinc y naftaleno, a unos 360º C.
El naftaleno tiene por objeto proteger los granos de cinc de la oxidación.
Al final de la operación se forma una película de cinc puro sobre los objetos, de
0,02 a 0,05 mm de espesor, sobre una capa de una aleación hierro-cinc.
El recubrimiento es anódico respecto al acero, aunque de menos potencial que si el
recubrimiento fuese de cinc puro; pero la protección se mantiene aunque se produzcan
grietas o poros.
La cromización es un procedimiento caro, que se aplica sobre aceros de menos de
0,15 por ciento de carbono, y tiene como fin producir sobre las piezas una capa que
contiene del 10 al 20 por ciento de cromo, es decir, una composición parecida al acero
inoxidable, por difusión de cromo a través de la superficie del acero.
La operación se realiza empaquetando las piezas de acero con una mezcla de cromo
y alúmina (Al2 O3) finamente pulverizados, en la relación 55/34, y calentando el conjunto
a unos 1.350º C durante tres o cuatro horas, en una atmósfera de hidrogeno para que no se
oxide el cromo.
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Otro método para aplicar la cromización es calentar el acero entre 900º y 1.000ºC,
en una atmósfera de cloruro crómico gaseoso. Al cabo de dos horas se forma una capa
cromizada de unos 0,1 mm de espesor.
Se emplea la cromización principalmente para proteger los ejes de las turbinas
contra la corrosión y erosión y para la protección del acero contra el ácido nítrico.
La calorización, también denominada aluminación, tiene por objeto proteger al
acero por medio del aluminio. La calorización se realiza en un horno giratorio, en el que se
calienta a unos 850º las piezas, una vez limpias y empaquetadas con una mezcla del 49 por
ciento de polvo de aluminio, 49 por ciento de alúmina y 2 por ciento de cloruro amónico.
Al cabo de una hora, aproximadamente, se habrá formado una capa de 0,1 a 1 mm de
aleación hierro-aluminio, que contiene aproximadamente un 25 por ciento de aluminio, y
sobre ella una capa protectora de alúmina (Al2 O3) cuyo punto de fusión es muy elevado.
Las piezas calorizadas son muy resistentes a la corrosión producida por gases
sulfurosos a alta temperatura, y por eso se emplea este método para la protección de
crisoles para sales fundidas en los tratamientos térmicos, cajas de carburación, cubiertas de
pirómetros, etc.
La silicación consiste en la formación, en la superficie del acero, de una capa de
aleación hierro-silicio, que contiene hasta un 20 por ciento de silicio, que es el porcentaje
de algunas fundiciones especiales muy resistentes a la corrosión por los ácidos fuertes. Se
opera calentando de 900º a 1.000ºC el acero una vez limpio, empaquetado con una mezcla
de carburo de silicio y ferrosilicio.
Los aceros siliciados resisten bien no solo a la corrosión, sino también a la erosión,
y por eso se aplican a la protección de los ejes de bombas de agua de los automóviles.
4.1.6. Recubrimientos por chapado.
El chapado o plaqueado consiste en superponer placas de un metal noble por una o
las dos caras del metal que se desea proteger. La operación se realiza laminando las chapas
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de acero junto con las del metal protector, produciéndose una difusión de los metales en la
zona de contacto.
El chapado se hace, generalmente, con láminas de cobre, latón, níquel y
cuproníquel, y modernamente con chapas de acero inoxidable.
Los objetos fabricados con acero chapado tienen buenas propiedades mecánicas por
el alma de acero, y excelente resistencia a la corrosión, por las láminas protectoras.
4.2. Protección por recubrimientos no metálicos.
Los recubrimientos no metálicos empleados en la protección de la corrosión se
pueden clasificar principalmente en:
-FOSFATACION.
-OXIDACION SUPERFICIAL.
-ESMALTADO.
-PINTURAS (tendrán un tratamiento aparte debido a su gran
importancia y amplitud).
-CERAMICOS.
-VIDRIOS.
4.2.1. Recubrimientos por fosfatación.
Consiste este procedimiento en sumergir las piezas de acero en una solución acuosa
de un fosfato metálico ácido, que puede ser fosfato diacido de manganeso, fosfato diacido
de cinc o fosfato diacido de sodio.
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La solución de fosfato diacido de manganeso se calienta a una temperatura de
100ºC, sumergiendo en el baño las piezas, sobre las que se obtiene una capa de fosfato
insoluble de un espesor de 0,01 mm, según la reacción:
Se emplea como catalizador una pequeña cantidad de una sal de cobre.
La protección obtenida por este procedimiento es muy eficaz, sobre todo si se
completa con una impregnación de una materia grasa.
La solución de fosfato diacido de cinc se calienta a unos 80º de temperatura. La
pieza se sumerge solamente durante algunos minutos, siendo la operación tan rápida
porque se añade a la solución un oxidante.
Esta protección es poco eficaz, y por eso se emplea solo como impregnación previa
a una aplicación posterior de pintura o barniz.
El fosfato diacido de sodio se emplea proyectando su solución sobre el acero.
La protección que se obtiene es inferior a la obtenida por los fosfatos anteriores;
pero se emplea por la relativa baratura de los fosfatos alcalinos.
4.2.2. Recubrimientos por oxidación superficial.
La formación de una película superficial de oxido para proteger el metal es un
medio bastante eficaz, que se emplea, sobre todo, para las aleaciones de aluminio y
magnesio.
La oxidación puede realizarse por calentamiento, por electrólisis (oxidación
anódica) y por ataque de un ácido (oxidación química).
22424 H2MnFe)O(PFe2Mn)HO(P2 +→+
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La oxidación por calentamiento se emplea preferentemente para el acero. Se opera
calentando las piezas de acero en un horno abierto o en un baño de sales fundidas formadas
por una mezcla de nitrato sódico y potásico a una temperatura de 260º a 400º. La película
que se produce es de oxido férrico magnético Fe3 O4. Si se emplean sales, su color es azul.
Otro procedimiento es el de Bower-Barf, que consiste en calentar a 650º, durante
tres horas, las piezas de acero, una vez limpias, en un horno cerrado, en el que se desplaza
el aire por medio de vapor de agua recalentado o una mezcla de vapor de agua y benceno.
Al terminar la operación se deja enfriar manteniendo la misma temperatura hasta que el
acero se ha oxidado. Con esto el oxido férrico primeramente formado se habrá reducido a
la forma más resistente de oxido ferroso-férrico. La capa de oxido es negra, siendo opaca o
lustrosa según el acabado previo superficial del acero.
La oxidación anódica se aplica, sobre todo, para la protección de piezas de
aluminio. Actualmente está muy en boga este procedimiento para la producción de objetos
decorativos, pues la película de oxido puede teñirse con diversos pigmentos, consiguiendo
piezas de bello aspecto, que permanece inalterable casi indefinidamente.
La película de oxido formado sobre aluminio y sus aleaciones, cuando se exponen
al aire libre, es bastante protectora, y por eso se pensó que una película de oxido más
gruesa, producida artificialmente, mejoraría la protección.
La oxidación anódica del aluminio se realiza empleando las piezas como ánodo, y
como electrolito, el ácido oxálico, el ácido crómico o el ácido sulfúrico al 20 por ciento.
Este es el procedimiento más empleado, con el nombre de aluminita. La oxidación la
realiza el oxigeno que se desprende en el ánodo y que forma una película protectora de
oxido de unos 0.02 mm. Después del tratamiento se cierran los poros que contiene la capa
formada, por inmersión en agua hirviendo o en vapor de agua, lo que produce una
expansión de la capa por transformarse parte del oxido en la forma hidratada.
La oxidación anódica se aplica también para la formación de los denominados
condensadores electrolíticos, utilizando como electrolitos ácido bórico y boratos, que
producen recubrimientos muy delgados y sin poros y de un gran poder aislante de la
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electricidad en uno de los sentidos. Por eso los condensadores electrolíticos solo se utilizan
para corriente continua, pues si se invierte la polaridad, se destruye la capa de oxido.
La oxidación química consiste en sumergir el metal o aleación en una solución
acuosa de un cuerpo capaz de reaccionar sobre el metal formando una película muy
delgada de oxido o de una sal compleja insoluble. Este procedimiento se aplica a las
aleaciones de magnesio, empleando soluciones de bicromato alcalino en ácido nítrico. La
protección conseguida por oxidación química es inferior a la obtenida por oxidación
anódica.
Existen otros tratamientos para producir patinas, bronceados, etc., que tienen como
fin producir una película de oxido por procedimientos empíricos que mejoran el aspecto
del metal, pero tienen poca eficacia desde el punto de vista protector contra la oxidación.
4.2.3. Recubrimiento por esmaltado.
Los esmaltes son esencialmente borosilicatos de calcio, de potasio y de plomo, que
se aplican formando una papilla sobre el metal previamente desengrasado y decapado. Una
vez secas se introducen las piezas en un horno donde se funde el esmalte formando una
capa protectora vidriada.
El esmaltado se utiliza mucho para utensilios de cocina caseros y para aparatos
empleados en la industria química. Los esmaltes tienen el inconveniente de que no son
elásticos y saltan con facilidad si se golpean.
4.2.4. Recubrimiento con pinturas.
Existen muchas clases de pinturas que proporcionan una protección más o menos
eficaz contra la corrosión.
Las pinturas al aceite no son anticorrosivas y solamente se les asigna, desde el
punto de vista de protección contra la corrosión y la oxidación, una misión
impermeabilizante, aparte del efecto decorativo.
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Normalmente deben aplicarse por lo menos dos capas, sobre una imprimación
previa sobre el metal de un pigmento pasivador, como el minio o el cromato de cinc, que
detienen la corrosión aun cuando se produzca algún poro en la capa de pintura que llegue
hasta el metal base.
Las capas de pintura al aceite evitan que el pigmento pasivador sea arrastrado por el
agua de lluvia o alterado por la atmósfera viciada.
De las pinturas al aceite, las fabricadas con pigmentos de oxido férrico (Fe2 O3), y
precisamente con el denominado hierro oligisto micanio, son las que dan mejor resultado.
Las pinturas a base de purpurinas formadas por aluminio o polvo de aluminio
tienen propiedades impermeabilizantes superiores a las pinturas al aceite.
También se emplean mucho actualmente pinturas de caucho clorado y poliestireno,
que contienen polvo de cinc y que al secarse dan un acabado similar al galvanizado.
Las pinturas cuya base son los alquitranes procedentes de la destilación de la hulla,
o los betunes naturales, se emplean también mucho para la protección, sobre todo, de
tuberías enterradas. A las pinturas a base de alquitrán conviene adicionarles cal para
neutralizar su acidez. Todas las pinturas de esta clase tienen el inconveniente de que se
cuartean si sufren grandes variaciones de temperatura, y además fluyen en tiempo caluroso
y se hacen frágiles en tiempo frío.
Toda aplicación de pintura de cualquier clase debe ir precedida de un desengrasado
y decapado cuidadoso del metal para hacer desaparecer toda traza de oxido, orín o
cascarilla.
4.2.5. Recubrimientos con cerámicas.
Cuando se habla de materiales cerámicos, no se hace referencia solamente a la
alfarería, ladrillos, tejas o la vajilla de nuestras casas. Los materiales cerámicos abarcan
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una serie de productos de gran utilidad en la industria: vidrios, cementos, ladrillos
refractarios, sensores,...
Suelen definirse como unos materiales sólidos que no son metales ni polímeros,
aunque pueden contener en sus estructuras elementos metálicos o poliméricos.
Sus propiedades son muy variadas; existen materiales cerámicos blandos (yeso,
talco) otros muy duros (cuarzo, carborundo).
Las diversas aplicaciones de los materiales cerámicos derivan de esta variedad,
siendo muy importantes sus capacidades de resistir el calor y los ataques de los agentes
químicos, presentando generalmente un inconveniente, su fragilidad.
Los materiales cerámicos de más utilidad industrial, teniendo en cuenta sobre todo
su utilización en medios agresivos y por lo tanto sus características de materiales a utilizar
como alternativa de los metales y polímeros sintéticos en la lucha contra la corrosión son:
- Gres.- aparatos para la industria química, revestimientos de tuberías,
suelos industriales, revestimientos de bombas, ventiladores, etc.
- Ladrillos antiácidos.- combinados con membranas impermeables
protegen térmica y mecánicamente substratos de acero u hormigón en
ambientes corrosivos.
- Materiales refractarios.- se utilizan para altas temperaturas en hogares,
cámaras de combustión y zonas de reacción.
- Porcelana.
- Vidrio.
- Hormigón.
- Cemento.
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4.3. Protección por el empleo de inhibidores.
Un inhibidor es una sustancia que se añade, generalmente en proporción muy
pequeña, a un medio corrosivo, para detener o disminuir la velocidad de la corrosión
formando un compuesto protector insoluble sobre la superficie del metal, bien sea catódica
o anódica.
Los inhibidores se emplean mucho en el decapado ácido, para disminuir la
velocidad de ataque del metal a decapar sin interferir la eliminación de la capa de oxido.
Existen dos clases de inhibidores: los anódicos y los catódicos.
4.3.1. Inhibidores anódicos.
Los inhibidores anódicos reaccionan sobre las partes anódicas del metal, formando
un compuesto protector. Se emplean como inhibidores anódicos el carbonato sódico, el
bicarbonato sódico, el fosfato sódico, el silicato sódico y el cromato sódico. También se
emplea el bicromato potásico en la proporción de 0,2 por ciento.
Los inhibidores anódicos producen una velocidad de corrosión pequeña, con alto
potencial de electrodo.
4.3.2. Inhibidores catódicos.
Los inhibidores catódicos forman compuestos protectores sobre el cátodo,
empleándose para este fin sulfato de magnesio, de níquel y de cinc. Los inhibidores
catódicos se utilizan para evitar la corrosión del acero en aguas neutras.
Existen otros inhibidores denominados de absorción, que son sustancias coloidales
que se fijan sobre el metal. Entre estos pueden citarse la gelatina, el tanino, el agar-agar,
etc.
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4.4.Protección por el empleo de pasivadores.
En algunos casos se forma una película en la superficie del metal que detiene la
corrosión apenas iniciada. Se dice entonces que estos metales tienen pasividad natural
contra la corrosión en el medio que ocurre esto. También puede conseguirse la pasividad
tratando previamente el metal, y entonces se dice que la pasividad ha sido provocada por
un pasivador. Un ejemplo de pasividad provocada es la que se obtiene sumergiendo una
pieza de acero en ácido nítrico concentrado, resultando así inatacable por el ácido nítrico
diluido, que sin esta pasivación lo ataca fácilmente.
No se conocen bien las causas de la pasivación, pero se atribuye, en general, o bien
a la formación de películas gaseosas protectoras, generalmente de oxigeno e hidrogeno, o
bien a la formación de películas sólidas, generalmente de óxidos, que protegen el metal,
como ocurre con el aluminio, que posee pasividad natural.
Los pasivadores mas empleados son el minio y el cromato de cinc, ambos muy
usados como impregnadores de las piezas de acero antes de aplicar cualquier pintura sobre
ellos.
• MINIO.-
El minio es oxido de plomo (Pb3 O4), y es quizá el pigmento pasivador mas
empleado.
• CROMATO DE CINC.-
El cromato de cinc (Cr O4 Zn) transforma los iones ferrosos generados en el agua
en férricos, produciendo una capa bastante insoluble, en el ánodo, de bióxido férrico.
La diferencia entre un pasivador como el minio, por ejemplo, y una pintura
antioxidante, preparada a base de oxido férrico, es que si se hace una raya en la pintura que
descubra el metal, resulta este atacado; pero si la raya se hace en una superficie recubierta
con minio, no se produce en ella ninguna corrosión.
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4.5. Protección catódica.
La protección catódica consiste en incluir la pieza que se desea proteger en un
circuito eléctrico con fuerza electromotriz exterior aplicada, o sin ella de manera que el
metal haga de cátodo (ver figura).
Protección catódica sin suministro de energía
eléctrica exterior de una tubería de hierro por
medio de un ánodo de magnesio.
Este método se funda en el hecho comprobado de que si se sumergen dos metales
de distinto potencial galvánico, por ejemplo, cinc y hierro, unidos o puestos en contacto en
una solución salina, se produce una corriente eléctrica a través del electrolito, que va del
metal anódico -en este caso el cinc- al catódico, que es el hierro, que neutraliza las
acciones electroquímicas locales entre distintas zonas que habría en cualquiera de los
metales de haberse aislado. En este caso particular, el hierro resulta protegido a costa de
consumirse el cinc.
Los ánodos más utilizados, cuando se aplica protección catódica sin suministro de
energía eléctrica exterior, son de cinc, aluminio, magnesio o aleación rica en magnesio. El
aluminio tiene el inconveniente de formar una capa de oxido que disminuye su acción
protectora.
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Los cascos de los navíos se protegen contra la corrosión galvánica producida por la
acción de las hélices de bronce colocando ánodos de cinc o de magnesio en el casco, en las
proximidades de la hélice.
Si la resistencia del electrolito, o sea, del medio en que esta el metal (puede ser
tierra húmeda, etc.) es demasiado grande y la corriente que circula entre los dos metales es
demasiado débil para anular las corrientes locales, debe proveerse un suministro de
corriente continua exterior para establecer una corriente eléctrica de intensidad adecuada.
Naturalmente, este tipo de protección exige el sacrificio del metal que hace de ánodo.
Los ánodos utilizados cuando se emplea la protección anódica con suministro de
energía eléctrica exterior, pueden ser de hierro, generalmente tubos o chapas viejas, pues
ya no es necesario que el metal protector tenga distinto potencial galvánico que el metal
protegido. La fuente de energía eléctrica debe dar corriente continua, y generalmente se
emplean rectificadores de corriente alterna o baterías de acumuladores.
La densidad de corriente necesaria para obtener protección por cada metro
cuadrado de superficie metálica, podrá variar según el aislamiento de la pieza.
Si las piezas, tuberías por ejemplo, tienen un buen recubrimiento protector, los
gastos originados por la protección catódica se reducirán notablemente.
Por esto, en general, solo se emplea la protección catódica con suministro de
energía eléctrica en los puntos más expuestos a la corrosión, que pueden determinarse
midiendo la resistencia eléctrica del terreno.
Todas las zonas de menor resistencia con respecto a las vecinas, son zonas de
corrosión de intensidad apreciable. Únicamente se emplea la protección catódica con
fuerza electromotriz exterior aplicada, para protección total de tuberías o juntas enterradas
cuando están muy bien revestidas, porque entonces la densidad de corriente necesaria es
muy pequeña.
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4.5.1. Ánodos de sacrificio.
Tanto de este sistema, como del sistema de protección por corrientes impresas se
habla más extensamente en el apartado 8.1 y 8.2 respectivamente de la 2ª parte de este
trabajo.
Se trata de unir la estructura a proteger a un metal más electronegativo que actúa
como ánodo y se corroe.
Ejemplos : La protección de las tuberías subterráneas de acero se lleva a cabo
uniéndolas mediante un conductor a placas de Zn o Mg; en el caso de los navíos se protege
de la acción perjudicial de la hélice (de latón y bronce) con electrodos de Zn o Mg
(electrógenos), colocados en su proximidad (Fig. 1).
Fig. 1
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4.5.2. Corrientes impresas.
Se hace circular una corriente continua, producida por un generador exterior, a
través del medio corrosivo, entre un ánodo muy resistente a la corrosión y la pieza que
actúa de cátodo. Los oleoductos y tuberías subterráneas se protegen por este
procedimiento.
Consiste en conectar el metal a proteger al polo negativo (cátodo) de una fuente de
alimentación de corriente continua, y el positivo al ánodo (electrolito auxiliar, chatarra).
La energía eléctrica necesaria para el proceso de protección es generada, en el caso
de los barcos, a bordo del buque, extrayéndola de un generador.
El problema es que se provoca un potencial altamente negativo en las zonas
adyacentes al ánodo, con lo cual se provoca la destrucción de los sistemas de pintura.
Aunque habrá que pintar, ya que de lo contrario, la demanda de corriente sería muy
superior.
4.6. Protección por el empleo de metales autoprotectores.
Uno de los procedimientos más sencillos para proteger las piezas contra la
corrosión y la oxidación, es fabricarlas con metales autoprotectores, es decir, metales que
tengan la suficiente resistencia contra la oxidación y corrosión que haga innecesaria la
aplicación de ninguna protección adicional.
Así el cromo, el níquel, el platino, el oro, el tántalo y el wolframio, entre otros, son
muy resistentes a la oxidación y corrosión atmosférica y a la acción de muchos ácidos.
Pero su elevado precio impide su utilización salvo para aplicaciones científicas.
Unicamente se emplea en gran escala el plomo para muchas aplicaciones
anticorrosivas, entre ellas el revestimiento de las cámaras de fabricación de ácido sulfúrico.
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En cambio, se emplean mucho las aleaciones autoprotectoras, que son más
económicas y además tienen, en general, mejores características que los metales puros,
para muchas aplicaciones. Las aleaciones anticorrosivas que más se emplean son los
aceros inoxidables y las aleaciones de níquel.
4.6.1. Aceros inoxidables.
Con el nombre genérico de aceros inoxidables se conoce una serie de aceros
resistentes a la corrosión atmosférica, a los ácidos y álcalis y también a la oxidación a
temperaturas no muy elevadas.
La inoxidabilidad de los aceros inoxidables es relativa. Aumenta la resistencia a
ciertos tipos de corrosión, manteniendo la superficie lisa, limpia y brillante. Sometidos a
otros ambientes corrosivos se comportan peor que algunos tipos de aceros ordinarios
La solución para proteger de la oxidación y corrosión a los aceros consiste
generalmente en incorporar a su composición cromo en la proporción suficiente, entre un
15-30 por ciento, para que forme en la superficie de la pieza una capa de oxido lo
suficientemente compacta e impermeable que proteja el resto del metal de la oxidación y
corrosión.
A continuación se trata la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables:
Necesitamos un ambiente oxidante para formar la película de oxido que parece ser
la causa de la inoxidabilidad de estos aceros. Con un 11,5 por 100 de cromo, que es la
mínima proporción contendida en estos aceros, la atmósfera normal es capaz de formar la
película protectora. Aun cuando los aceros con 12 por 100 de cromo resisten el poder
oxidante atmosférico con el tiempo acaban corroiendose si prestan servicio a la intemperie.
A medida que aumenta el riesgo de corrosión por las condiciones en que deba
trabajar el acero, es preciso aumentar la proporción de cromo para favorecer así la
formación de películas protectoras; sin embargo, la resistencia al ataque corrosivo no
aumenta proporcionalmente al aumento de cromo. No obstante, a partir de cierto
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porcentaje podemos garantizar la formación de una película protectora que, en líneas
generales, será suficiente. La adición del 6 al 7 por ciento de níquel aumenta la resistencia
a la corrosión.
Un contenido en cromo de 18 por 100 es suficiente para preservar de la oxidación
en las más rigurosas condiciones atmosféricas. El acero normal 18-8 permite asegurar una
duración de doce años.
Los aceros inoxidables no son atacados por el ácido nítrico y otros ácidos
oxidantes. Estos mismos aceros resisten mal la acción de otros ácidos, tales como el
clorhídrico o fluorhídrico, y son atacados por las sales de ellos (cloruros, fluoruros,
bromuros y ioduros). En la industria se usan frecuentemente sustancias limpiadoras a base
de cloruros, para mejorar el aspecto de los aceros inoxidables. Debe tomarse todo tipo de
precauciones, porque 40 minutos es el tiempo límite de ataque.
El ácido sulfúrico marca la frontera entre unos y otros, ya que en algunas
circunstancias es inofensivo y en otras ataca fuertemente.
Tanto el efecto de los ácidos como el de las sales varía con las condiciones de
servicio y con la concentración del agente corrosivo, y por otra parte, depende del tipo de
acero de que se trate.
Para obtener la máxima resistencia a la corrosión en estos aceros, es recomendable
mantenerlos limpios y pulidos, para preservar la superficie de sustancias extrañas que
pueden albergarse en los pequeños poros superficiales. En el caso de aceros inoxidables
templables, se logra la máxima resistencia a la corrosión una vez que hayan sido sometidos
a tratamiento térmico. Todos estos aceros deben pasivarse.
Los aceros inoxidables pueden ser:
Martensíticos, ferríticos o austeníticos, conteniendo estos últimos níquel en
bastante proporción para, contrapesando la acción del cromo, conseguir el estado
austenítico a la temperatura ambiente. A veces contienen también los aceros inoxidables
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pequeñas cantidades de otros elementos, como wolframio, molibdeno, titanio, etc., cuya
misión es aumentar la resistencia a la corrosión en ciertos casos particulares.
Los aceros martensíticos se denominan así por admitir el temple y quedar, por
tanto, con estructura martensítica cuando están bien templados. Contienen del 12 al 15 por
ciento de cromo y del 0 al 2 por ciento de níquel, con porcentajes de carbono variables
desde el 0,08 al 0,60 por ciento.
Estos aceros resisten la corrosión de ácidos débiles y la oxidación hasta
temperaturas de 700º.
Los aceros ferríticos conservan la estructura ferrítica a cualquier temperatura. Son
también aceros al cromo, conteniéndolo hasta en un 27 por ciento.
Resisten mejor la corrosión que los acero martensíticos, y pueden calentarse sin
oxidarse hasta 1150º
Los aceros austeníticos se mantienen en estado austenítico a la temperatura
ambiente, no transformándose la austenita, ni por calentamiento ni por enfriamiento rápido,
en otros constituyentes. Son generalmente aceros al cromo-níquel, con porcentajes
variables de estos dos elementos y porcentajes más pequeños de otros, como molibdeno,
silicio, wolframio, etc.
Hay también aceros que resisten la corrosión mejor que el acero ordinario y que
pudieran calificarse de simi-inoxidables, como son los acero al cobre, al níquel-cobre y
también los de baja aleación de cromo (del 2 al 6 por ciento), y que se emplean mucho en
la industria del petróleo (se habla de todos ellos en el punto siguiente).
• Los aceros inoxidables pertenecen a tres grupos principales: los aceros al cromo,
aceros al cromo-níquel y aceros al níquel.
a) Aceros al cromo.- el elemento aleado que más influye en la resistencia a la
corrosión y oxidación de los aceros es el cromo, atribuyéndose su influencia en este
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sentido a la formación de una capa de oxido de cromo muy fina que protege el interior de
la pieza e impide que prospere la corrosión y la oxidación.
Los aceros con una composición del 12 al 15 por ciento de cromo, y martensíticos
después del temple al aire, impiden totalmente la corrosión en ambiente húmedo. Se
utilizan para cuchillería, álabes de turbinas, ejes de bomba, etc. El temple y revenido les da
la máxima inoxidabilidad y, al mismo tiempo, un excelente limite elástico. Resisten sin
oxidarse temperaturas de 750º.
Los aceros de menos del 0,12 por ciento de carbono y 15 al 30 por ciento de cromo
son ferríticos y no adquieren, por tanto, temple. Se utilizan en la industria alimenticia y en
la del ácido nítrico. Resisten sin oxidarse temperaturas de 850º a 1050º, según el contenido
en cromo.
b) Aceros al cromo-níquel austeníticos.- La aleación de níquel mejora aun
más la resistencia a la corrosión de los aceros al cromo, creyéndose que esto se debe a que
favorece la formación y da más estabilidad a la capa superficial del oxido.
El acero 18-8 (18 por ciento de cromo y 8 por ciento de níquel) es el más utilizado,
aunque se emplean también los de 12-12 y 25-20. El cromo le da la inoxidabilidad, y el
níquel tiene por objeto obtener un estado austenítico homogéneo a la temperatura
ambiente, en cuyo estado presenta el acero una resistencia química a la corrosión, muy
elevada para numerosos reactivos. En particular resiste indefinidamente a la acción del
agua del mar. Resisten también los aceros al cromo-níquel austeníticos temperaturas de
950º a 1150º.
Un grave inconveniente de los aceros inoxidables 18-8 con el 0,10 por ciento de
carbono, es que están en el límite de la austenita estable. Cuando se calientan entre 500º y
850º, particularmente cuando se quiere soldar, se deposita carburo de cromo en el contorno
de los granos. El carbono y el cromo necesarios para la formación de una partícula de
carburo provienen de las partes adyacentes de la austenita que quedan empobrecidas de
cromo, y si este contenido queda inferior al 12 por ciento, puede sufrir corrosión
intergranular.
ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
D.N.I.: 30.819.442-V
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Para remediar este inconveniente puede recurrirse a tres procedimientos:
• Disminuir la proporción de carbono del acero hasta un 0,02 por ciento, con
cuyo contenido de acero 18-8 es insensible a la corrosión intergranular.
• Incorporar titanio o niobio, que son elementos muy ávidos de carbono, con el
que forman carburos y dificultan la formación de carburo de cromo.
• Elevar el contenido de cromo y disminuir el de níquel para obtener una
estructura mixta de austenita y ferrita.
c) Aceros al níquel.- los aceros con un 25 a un 35 por ciento de níquel y un
2 por ciento de cromo resisten mejor que los anteriores, a base de cromo y cromo-níquel, la
acción del ácido clorhídrico y sulfúrico.
Nota.- Se ha de aclarar que no existe ningún acero totalmente resistente a todos los
agentes corrosivos. Para cada clase de corrosión, hay un tipo de acero que mejor la resiste,
que es el que debe de ser empleado. También tiene mucha importancia la estructura del
material. Así, por ejemplo, si el cromo esta en forma de carburo, no solamente no favorece
la resistencia a la corrosión del acero, sino que puede ser causa de que se inicie la corrosión
de los aceros por las zonas carburadas.
4.6.1.1.Soldadura de aceros inoxidables.
Para unir entre sí aceros inoxidables o bien para unirlos a algún otro material, se
pueden emplear distintos tipos de soldadura, incluso la soldadura fuerte con latón o la
soldadura con estaño. Antiguamente el procedimiento más utilizado para soldar aceros
inoxidables era la soldadura al arco, hoy día este procedimiento se ha perfeccionado
protegiendo la soldadura con atmósfera inerte. Las particulares características de
resistividad de los aceros inoxidables hacen de él un material muy adecuado para la
soldadura por resistencia.
ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
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Los aceros al cromo-níquel son los que mejor admiten la soldadura, pero son
también los más propensos a la sensitización. Los aceros de tipo ferrítico están sujetos al
riesgo de crecimiento de grano cuando se les calienta fuertemente; por esta razón no deben
emplearse en aquellos casos en que sea preciso soldar, salvo que sus restantes
características los hagan imprescindibles. Esto mismo ocurre con los de tipo martensítico.
También se utiliza la soldadura con plata para unir aceros inoxidables, pero la gran
cantidad de calor que hay que aportar hace que este sistema sea prohibitivo cuando se trate
de aceros templables al cromo y puede causar un regruesamiento del grano en los aceros de
tipo martensítico. Cuando se suelden por este procedimiento aceros austeníticos, debe
realizarse la operación tan rápidamente como sea posible, a no ser que se trate de un acero
estabilizado. También se utiliza mucho en los aceros inoxidables la soldadura suave.
4.6.2. Otras aleaciones autoprotectoras.
Se emplean también aleaciones autoprotectoras a base de níquel, cobre y aluminio,
de las cuales las más importantes son: Inconel (80 por ciento de níquel, 14 por ciento de
cromo, 6 por ciento de hierro), que se utiliza mucho en la industria lechera; el Hastelloy B
(62 por ciento de níquel, 30 por ciento de molibdeno y 5 por ciento de hierro), que resiste
muy bien el ácido clorhídrico; el metal Monel (67 por ciento de níquel, 30 por ciento de
cobre, 1,4 por ciento de hierro, 1 por ciento de Mn y 0,15 por ciento de carbono); los
cuproaluminios (del 6 al 12 por ciento de aluminio), muy utilizados en tubos de
condensadores, monedas, etc.
Además hay otros materiales férricos que resisten la corrosión atmosférica, y que se
emplean en construcciones metálicas que deben permanecer a la intemperie, para las que el
precio hace prohibitivo el empleo de los aceros inoxidables.
En primer lugar, puede citarse como “material semi-inoxidable” el hierro Armco,
cuya composición es 0,012 por ciento de C, 0,017 por ciento de Mn, 0,005 por ciento de P
y 0,025 por ciento de Si.
ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
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Los denominados hierros o aceros al cobre que se emplean en la construcción de
puentes metálicos. Una composición muy utilizada es la siguiente: 0,15 por ciento de C,
0,60 por ciento de Mn, 0,40 por ciento de Cu, 0,025 por ciento de S y 0,018 por ciento de
P.
También pueden considerarse como semi-inoxidables los aceros al 5 por ciento de
cromo, empleados en la construcción de tuberías para la industria del petróleo y cuya
resistencia a los gases sulfurosos es más de cinco veces mayor que la del acero ordinario.
La composición media de estos aceros es: 0,05-0,25 por ciento de C, 0,50 por ciento de
Mn, 0,5 por ciento de Si, 4-6 por ciento de Cr. A veces llevan pequeños porcentajes de W,
Mo, Al, Cu, etc., inferiores siempre al 1 por ciento.
4.6.3. Aceros refractarios.
Bajo la denominación de aceros refractarios se conocen una serie de materiales que
resisten sin oxidarse y conservan buena resistencia mecánica a elevadas temperaturas.
De los aceros que hemos citado como inoxidables en los párrafos precedentes, los
más resistentes a la oxidación son el acero ferrítico al 27 por ciento de cromo y los
austeníticos cromo-níquel de 25-20 y 25-12.
Todos se conservan sin formar cantidad apreciable de cascarilla hasta los 1000º.
Sin embargo, no basta con no oxidarse, sino que es, además, necesario que
conserven buena resistencia a temperaturas elevadas.
La resistencia de los aceros disminuye mucho en caliente, sobre todo a partir de los
450º. Se han realizado ensayos para determinar la carga máxima que pueden resistir los
aceros a 500º, y además las carga que pueden resistir a esa temperatura sin que se rompan
en el plazo de mil horas, siendo esta carga muy inferior a la primera.
Los aceros más resistentes a elevadas temperaturas son los cromo-níquel
austeníticos.
ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
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Resumiendo lo expuesto, se pueden recomendar para la fabricación de piezas que
deben resistir a elevadas temperaturas, las siguientes clases de aceros:
• Aceros inoxidables férricos al 27 por ciento de cromo.- acero 25-20 y el acero
18-8 cromo-níquel clásico.
• Aceros inoxidables austeníticos.- con molibdeno
• Aleaciones férricas para resistencia eléctrica.- aleaciones de hierro-cromo-
aluminio.
• Aleaciones especiales para turbinas de gas.- aleaciones de níquel hasta del 40
al 80 por ciento (Inconest, Hastellov), o bien aleaciones de cobalto del 50 al 70
por ciento (aleaciones Haynes).
5. PROPAGACION DE LA CORROSION.
Según tenga lugar el ataque corrosivo, se puede clasificar en corrosión uniforme,
corrosión localizada, o corrosión combinada.
A menudo la corrosión del metal atañe a toda la superficie, como cuando el hierro
permanece expuesto sin protección alguna a la acción de los agentes atmosféricos: ataque
generalizado más o menos uniforme.
Ejemplos de corrosión generalizada y localizada. A: las áreas sombreadas muestran el
metal afectado por la corrosión y las áreas en blanco el metal sin afectar.
B: perfiles de ataque en cada caso.
ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION.
AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ
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Otro tipo de ataque, también frecuente, es el que actúa exclusivamente sobre
determinadas áreas de la superficie, y que puede conducir al fallo prematuro de una pieza o
estructura sin afectar apenas al resto (la mayor parte) de la superficie metálica; el ataque
localizado tiende a profundizar mucho más rápidamente que la corrosión generalizada,
pudiendo ser en extremo peligroso.
5.1. Corrosión localizada
Es aquella que tiene lugar en zonas determinadas del metal, repartidas
desigualmente, y progresando de modo irregular.
El metal queda picado, terminando en general por quedar con grandes rugosidades
en su superficie. En este caso, la capacidad de deformación del metal disminuye más
rápidamente de lo que podía esperarse por la pérdida de masa. Ejemplo de este tipo de
corrosión es el del agua del mar sobre el hierro.
La morfología y el mecanismo del ataque localizado presenta multitud de
modalidades con arreglo a las circunstancias. Tanto en la aparición y desarrollo del
fenómeno como en la distribución de las áreas afectadas ejercen un papel de primer orden
las desigualdades de composición química, de estado electroquímico y geométricas.
En general, cabe distinguir entre ataque localizado como resultado de la acción de
factores macroscópicos y ataque localizado sobre superficies aparentemente homogéneas.
Corrosion
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Corrosion

  • 1. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V FECHA: NOVIEMBRE-2009
  • 2. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 1 Indice . 1. Introducción..……………………………………..………….………..… 04 2. Corrosión. ………………………………………...………….………..… 04 2.1. Definición. ……………..….…………………………….……..… 04 2.2. Tipos de corrosión según sus causas. …………….……...…..… 07 2.2.1. Serie potencial de los metales. …………………………....… 08 2.2.2. Corrosión galvánica (sin f.e.m.). …………………..……..… 12 2.2.3. Corrosión electroquímica (con f.e.m.).………….………...… 14 2.2.4. Corrosión química. ……………………………………...…… 16 2.3. Corrosión por heterogeneidad del metal. ……………………… 18 2.4. Corrosión por heterogeneidad del medio circundante. …….… 20 3. Factores que influyen en la corrosión. ……………………………..… 21 4. Procedimientos de protección contra la corrosión. ………………..… 22 4.1. Protección por recubrimientos metálicos. …………………..… 23 4.1.1. Preparación de la superficie. ………………………………… 24 4.1.2. Recubrimientos por electrólisis. …………………………..… 27 4.1.3. Recubrimientos por inmersión en baño de metal fundido. … 28 4.1.4. Recubrimientos por metalización. ………………………...… 29 4.1.5. Recubrimientos por cementación. ………………..……….… 33 4.1.6. Recubrimientos por chapado. …………………………..…… 35 4.2. Protección por recubrimientos no metálicos. ……………….… 36 4.2.1. Recubrimientos por fosfatación. ……………………….…… 36 4.2.2. Recubrimientos por oxidación superficial. ………………… 37 4.2.3. Recubrimientos por esmaltado. …………………………...… 39 4.2.4. Recubrimientos con pinturas. ……………………………..… 39 4.2.5. Recubrimientos con cerámicas. …………………….…..…… 40 4.3. Protección por el empleo de inhibidores. ……………………… 42
  • 3. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 2 4.3.1. Inhibidores anódicos. ………………………………………… 42 4.3.2. Inhibidores catódicos. ……………………………………..… 42 4.4. Protección por el empleo de pasivadores. …………………..… 43 4.5. Protección catódica. …………………………………………..… 44 4.5.1. Ánodos de sacrificio. ………………………………………… 46 4.5.2. Corrientes impresas. ……………………………………….… 47 4.6. Protección por el empleo de metales autoprotectores. ……...… 47 4.6.1. Aceros inoxidables. ………………………………………..… 48 4.6.1.1. Soldadura de aceros inoxidables. ……………….…… 52 4.6.2. Otras aleaciones autoprotectoras. …………………………… 53 4.6.3. Aceros refractarios. ………………………………………..… 54 5. Propagación de la corrosión. ………………………………………...… 55 5.1. Corrosión localizada. ………………………………………….… 56 5.1.1. Corrosión intergranular. ………………..………………….… 58 5.1.2. Corrosión por picaduras. …………………………………..… 59 5.1.3. Corrosión selectiva. ……………………………………..…… 61 5.1.4. Corrosión por grietas. ……………………………………..… 61 5.1.5. Corrosión por esfuerzos. …………………………………… 62 5.1.6. Corrosión por fatiga. ………………………………………… 62 5.1.7. Corrosión por daño de hidrogeno. ………………………..… 62 5.1.8. Corrosión por cavitación. ………………………………….… 63 5.2. Corrosión uniforme. …………………………………..........…… 63 5.2.1. Ley de Faraday. …………………………………………….… 64 5.3. Corrosión combinada. …………………………………………… 64 6. Cinética de corrosión. ………………………………………………..… 64 6.1. Oxidación. ……………………………………………………...… 65 6.2. El oxido como protector del metal. …………………………..… 66 6.3. Velocidad de oxidación. …………………………………….…… 69 7. Ensayos de corrosión. ………………………………………………...… 70 7.1. Ensayos de corrosión. …………………………………………… 70 7.2. Realización de los ensayos. …………………………………...… 72 7.3. Valoración de los ensayos. ……………………………………… 73 Anexo I: glosario de términos………………………..………….………..… 85 Bibliografía……..……………………………………..………….………..… 94
  • 4. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 3 PROLOGO Este trabajo está hecho con la intención de aumentar los conocimientos sobre uno de los mayores problemas causantes del deterioro de estructuras marinas. En él, se pretende ver el fenómeno de la corrosión desde el punto de vista de la TECNOLOGIA, intentando no entrar demasiado en el terreno de la química pura, sino, tratándolo de manera práctica, con el fin de evitar el mencionado deterioro.
  • 5. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 4 1. INTRODUCCION. Los metales están constantemente expuestos a la acción de la atmósfera, que como se sabe, está compuesta principalmente de 79 partes de nitrógeno y 21 partes de oxigeno. Como el nitrógeno es un gas muy poco activo, puede decirse que prácticamente inerte, toda la acción atmosférica depende de la actividad del oxigeno, que no es mucha por estar en estado molecular (con enlaces homopolares formando moléculas de O2). Y como, por otra parte, los metales son muy estables, resulta que, sin la intervención de otro agente, la acción del oxigeno solo sobre los metales resulta muy débil. Los agentes colaboradores del oxigeno son principalmente dos: el calor y la humedad. El oxigeno con el calor produce la oxidación de los metales. Y el oxigeno con la humedad produce la corrosión. Ambos procesos son completamente distintos, aunque se emplean generalmente protecciones comunes para prevenirlos. 2. CORROSION. 2.1. Definición Se define la corrosión, en general, como la destrucción lenta y progresiva de un metal por la acción de un agente exterior. Uno de los factores que limitan la vida de las piezas metálicas en servicio es el ataque químico o físico-químico que sufren en el medio que les rodea. Los metales están continuamente expuestos a la acción atmosférica, que, como ya se ha dicho, está compuesta principalmente de 79 partes de nitrógeno y 21 partes de
  • 6. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 5 oxigeno. También sabemos que el nitrógeno es un gas prácticamente inerte, por lo que la acción atmosférica depende prácticamente del oxigeno. Los metales son por lo general bastante estables por lo que sin colaboración de otro agente la acción del oxigeno sobre estos es muy débil. Por lo tanto, la corrosión atmosférica es la producida por la acción combinada del oxigeno del aire y la humedad. Pero existe también la corrosión química, producida por la acción de los ácidos y los álcalis. Como en la atmósfera siempre existe humedad a la temperatura ambiente, los metales se destruyen más por corrosión que por la oxidación. Siendo sus efectos mucho mayores en los metales que se encuentren en contacto directo con agua, como por ejemplo, las estructuras marinas. El hierro, en presencia de la humedad y del aire, se transforma en óxido y, si el ataque continúa, termina por destruirse todo él. La corrosión, en el caso de los metales, es el paso del metal del estado libre al combinado mediante un proceso de oxidación. La corrosión es, hasta cierto punto, un proceso evolutivo, natural y, en consecuencia, lento. Para que un metal pase del estado libre al estado combinado, es preciso que ceda electrones (en términos químicos que se oxide). Así, en el hierro pueden tener lugar las transformaciones: Estas transformaciones solo tienen lugar en presencia de elementos capaces de captar electrones (oxidantes: O2, S, Cl2, Br2, I2, H+, etc.). Así, con el oxigeno seco, a temperatura elevada, tiene lugar la reacción: ferrico)aferrosoion(deeFeFe ferroso)ionametal(de2eFeFe -32 -2 +→ +→ ++ +
  • 7. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 6 Con oxigeno húmedo, a la temperatura ambiente: Mecanismo según el cual se produce el orín o herrumbre del hierro. Por tanto, la acción corrosiva del aire es un efecto combinado de la humedad, contaminaciones gaseosas (principalmente óxidos de azufre) y partículas sólidas. Depende, por tanto también, de la situación geográfica, pues los productos de corrosión son distintos: en el aire del campo son óxidos o carbonatos, en las zonas industriales se encuentra ácido sulfúrico, mientras que junto al mar, contienen algunas sales. En los distritos fabriles, a causa de los ácidos, es más rápida la corrosión, mientras que junto al mar o las ciudades, más profunda, como consecuencia de la mayor conductividad eléctrica de la lluvia y la tendencia a formarse cloruros o sulfatos solubles. Se manifiesta principalmente en el hierro, níquel y cobre. La corrosión causa pérdidas enormes y desgracias incalculables, debidas a accidentes producidos por la rotura de piezas debilitadas por la oxidación y la corrosión. Ocasiona fallos en las instalaciones industriales (roturas de calderas, tuberías de conducción de gas o hidráulicas, cascos de buques, estructuras metálicas, etc.). Desde el punto de vista económico la corrosión ocasiona pérdidas muy cuantiosas; solo en EE.UU. supone unos veinte mil millones de dólares anuales. A partir de este dato es fácil comprender el hecho de que la corrosión sea responsable de que de 1/4 a 1/3 de la OFe2O3Fe4 O24eO3 e3FeFe4 322 -2- 2 -3 →+ →+× +→× + 3232 (OH)Fe4OH6OFe2 →+
  • 8. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 7 producción mundial de acero se dedique a la reposición de las estructuras metálicas deterioradas. 2.2. Tipos de corrosión según sus causas. La corrosión es un fenómeno muy complejo, cuyas verdaderas causas y forma de actuar no se han aclarado por completo. Actualmente, sin embargo, se admite que la corrosión se produce por dos clases de acciones fundamentales: por acción electroquímica y por acción exclusivamente química. • La corrosión por acción electroquímica es la que tiene lugar sobre los metales expuestos a la atmósfera húmeda, o sumergidos en agua, o enterrados. Este tipo de corrosión se refiere, principalmente, a los casos en que el metal es atacado por el agente corrosivo en presencia de un electrolito. Esta clase de corrosión puede producirse sin fuerza electromotriz exterior, constituyendo la corrosión galvánica, y por la acción además, de una fuerza electromotriz exterior, constituyendo la corrosión electroquímica, propiamente dicha. • La corrosión química es la producida por los ácidos y álcalis, y tiene interés para la construcción de aparatos resistentes a la corrosión de los productos químicos que intervienen en el proceso de fabricación. • La corrosión bioquímica, producida por bacterias, suele tener lugar en objetos metálicos enterrados. Es específica de cada metal o aleación. Las bacterias no atacan directamente a los metales; sin embargo, pueden estimular reacciones que destruyen capas protectoras de la corrosión. Así, en las tuberías de hierro, la pared interior se recubre de una fina película de hidróxido de hierro calcáreo, que le protege, pero ciertas bacterias aerobias, como la gallionella ferruginea, oxidando los iones ferrosos a férricos se provee de la energía necesaria para asimilar el CO2 y formar su materia orgánica, al mismo tiempo que disminuye el pH e impiden la formación de la película protectora, con lo que se produce una corrosión localizada.
  • 9. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 8 En tuberías enterradas, un ataque por el exterior lo puede producir la bacteria anaerobia, vibrio desulfuricans, que reduce los sulfatos para utilizar el oxigeno, combinándolo con el hidrogeno y suministrarle la energía necesaria. 2.2.1. Serie potencial de los metales. Se ha establecido una serie que se denomina serie potencial de los metales, asignando el valor 0 al potencial del denominado electrodo normal del hidrogeno, que consiste en una placa de platino cubierta con negro de platino y sumergida en ácido clorhídrico, 1,2 normal en la atmósfera saturada de hidrogeno a la presión de 1 atmósfera. En la serie potencial de los metales hay elementos que son positivos con respecto al hidrógeno, es decir, que tienen mayor potencial, y el lado de la escala en que están situados se llama “lado noble”. En el extremo contrario, que se denomina “lado activo”, están situados los elementos de potencial negativo con respecto al hidrogeno. Se han obtenido las series electroquímica y galvánica. En la primera se ordenan los metales por sus potenciales de equilibrio con relación al electrodo normal de hidrogeno y solo da una idea grosera sobre el comportamiento frente a la corrosión. Mejor información suministra la serie galvánica, en donde los metales y aleaciones se han ordenado por sus potenciales de disolución con relación al electrodo de calomelanos, al introducirlos en una solución de ClNa al 3 %. Los metales o aleaciones que figuran en cualquiera de las series con potencial negativo es porque tienen tendencia a emitir iones positivos (se comportan como el ánodo que, por ser positivo, repele a los iones positivos) y se denominan anódicos; por el contrario, los que tienen potencial positivo son catódicos (atraen a los iones positivos, como el cátodo). A este último grupo pertenecen los metales nobles y otros resistentes a la corrosión. Cuando se juntan metales distintos o se les conecta eléctricamente de cualquier manera, se forma un par galvánico. En todo par galvánico el metal de mayor potencial negativo es anódico con respecto al de menor potencial, que actúa de cátodo. Siempre es el metal más anódico el que se corroe.
  • 10. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 9 Serie electroquímica Metal ion potencial normal (voltios) Oro Au+++ (+)1,42 Pt Pt++ (+)1,2 Ag Ag+ (+)0,8 Hg (Hg 2)++ (+)0,8 Cu Cu++ (+)0,345 H H+ 0 Pb Pb++ (-)0,125 Sn Sn++ (-)0,135 Ni Ni++ (-)0,25 Cd Cd++ (-)0,40 Fe Fe++ (-)0,44 Cr Cr++ (-)0,71 Zn Zn++ (-)0,76 Al Al+++ (-)1,67 Mg Mg++ (-)2,34 Na Na+ (-)2,71 K K+ (-)2,92 Li Li+ (-)3,02
  • 11. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 10 Serie galvánica (medida en solución al 3% de ClNa) Potencial en voltios Pt (+)0,30 Au (+)0,22 Cr (pasivo) (+)0,20 Acero inoxidable (18-8) (+)0,10 Hg (electrodo de ref.) 0 Ag (-)0,05 Cu (-)0,18 H (-)0,25 Ni (-)0,27 Sn (-)0,44 Pb (-)0,47 Cr (activo) (-)0,60 Fe (-)0,65 Aleación Al-Cu (-)0,65 Aleación Al-Cu (-)0,74 Cd (-)0,78 Aleación Al-Mg (-)0,79 Zn (-)1,06 Mg (-)1,63
  • 12. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 11 El conocimiento del potencial de electrodo es de la mayor importancia para interpretar los mecanismos de corrosión electroquímica. Su medida permite determinar el grado de polarización del electrodo e incluso estimar la velocidad de corrosión metálica; conocer si un metal está en estado “activo” o “pasivo”; seguir la formación y rotura de películas superficiales; estudiar el efecto sobre el metal de eventuales sustancias inhibidoras o estimuladoras de los procesos de corrosión; establecer las regiones anódicas (en las que el metal se ataca) y las catódicas en grandes estructuras, o entre metales diferentes en contacto, etcétera. Convendría tener presente la relación de Nerst entre los potenciales de equilibrio y la actividad o concentración efectiva de los iones metálicos en solución (aMe z+): Donde: E = potencial del metal a una actividad de sus iones igual a aMe z+ E0 = potencial normal del metal F = 96.493 culombios Z = valencia de los iones R = constante de los gases. Aun cuando en esta expresión intervenga la actividad puede, a menudo, sustituirse con suficiente aproximación por la simple concentración de los iones disueltos, más fácil de determinar o de calcular. Según dicha relación, un metal se vuelve más activo (más negativo su potencial) al disminuir la concentración de sus cationes, por ejemplo, cuando en el medio existen sustancias formadoras de complejos. Por el contrario, un metal se ennoblece frente a soluciones cada vez mas concentradas de sus iones. ++= z Me0 alog Fz tR EE ++= z Me0 alog z 0,059 EEC,25ºA
  • 13. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 12 2.2.2. Corrosión galvánica (sin f.e.m. exterior aplicada). También conocida como corrosión bimetálica. Ocurre cuando dos metales diferentes se acoplan electrolíticamente en presencia de un ambiente corrosivo. Uno de ellos se corroe preferentemente mientras el otro es protegido de dicha corrosión. Cualquier metal se corroe cuando se acopla con otro con un potencial más positivo o más noble en la serie galvánica. Al mismo tiempo, el metal más noble se protege de la corrosión. Si dos metales de distinta tensión galvánica, como el hierro y el cobre, puestos en contacto, se sumergen en una solución de cloruro sódico, la sal se ioniza según la ecuación: Los iones Cl- van al ánodo (positivo), formado por el hierro, al contacto con él se descargan y lo atacan, formando cloruro ferroso. Los iones Na+ van al cátodo (negativo), formado por el cobre, donde se descargan y reacciona con el agua. La sosa (Na O H) reacciona sobre el cloruro ferroso, dando hidróxido ferroso. + +→ NaClNaCl - FeClFeCl2 2→+ 22 HHONa2OH2Na2 +→+ FeH)(ONaCl2FeClHONa 22 +→+
  • 14. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 13 El hidróxido ferroso (O H)2 Fe se oxida con el oxigeno disuelto en la solución y se transforma en “orín”, producto muy complejo de composición variable y cuyo constituyente fundamental es el oxido férrico hidratado Fe2 O3 H2O. El orín es el producto típico de la corrosión del hierro. El hidrogeno formado en el cátodo formaría una capa gaseosa alrededor de él, que lo aislaría parando la reacción, o sea, la corrosión, si el oxigeno disuelto en la solución no lo quemase a medida que se forma. Por tanto, el oxigeno tiene una doble acción: como oxidante del hidróxido ferroso y como despolarizante del cátodo, siendo esto último de importancia capital, hasta el punto de que la marcha de la corrosión depende de la velocidad de la despolarización. • Metal corroído.- En general, cuando estén dos metales en contacto en una solución sufrirá la corrosión el metal de menor potencial de la serie galvánica, o sea, el que esté más cerca del lado activo y actúe, por tanto, de ánodo. Así, por ejemplo, si en una plancha de hierro galvanizada (recubierta de cinc) se produce un poro en el revestimiento de cinc, este, que es el de menor potencial, actuará de ánodo, y el hierro, de cátodo, produciéndose la corrosión en el ánodo, es decir en el cinc. En cambio, si en una placa de hierro estañado se produce en la película de estaño un poro, como el hierro es de menor potencial, actuará de ánodo, resultando afectado de corrosión. La posición de los metales en la serie galvánica no da una indicación absoluta de la forma en que se ha de producir la corrosión, pues a veces diversos factores hacen cambiar la polaridad. Por ejemplo, los jugos ácidos de las frutas en conserva hacen al estaño anódico y al hierro catódico, no produciéndose corrosión en el interior de los botes de conserva aunque existan poros en el recubrimiento. Para que se produzca la corrosión no es necesario que los metales estén en contacto, sino que es suficiente que estén en las proximidades. Y tampoco hace falta una solución salina, pues la corrosión se produce en un metal enterrado si en las proximidades hay otro
  • 15. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 14 catódico con respecto a él. Puede producirse la corrosión sin que ni siquiera exista otro metal, bien sea por heterogeneidad en el metal o por heterogeneidad en el medio circundante (de estos términos se hablara más adelante). Una circunstancia muy importante hay que tener en cuenta en la corrosión galvánica, y es la relación entre las áreas catódicas y anódicas. Si el área del cátodo es grande con relación al ánodo, sufrirá esta una corrosión muy intensa, y, al revés, si el ánodo es grande con relación al cátodo, la corrosión será débil. 2.2.3. Corrosión electroquímica (con f.e.m. exterior aplicada). En los casos de corrosión electroquímica hasta ahora considerados, ha sido el propio metal o dos metales en contacto o muy próximos los que han proporcionado la fuerza electromotriz para la corrosión electroquímica. Por esto la velocidad de ataque, y por tanto la corrosión, esta forzosamente limitada. Pero cuando se aplica una fuerza electromotriz exterior, las velocidades pueden ser mucho mayores. Un caso típico de corrosión electroquímica es el producido por las corrientes de retorno de los tranvías, que tienen vuelta por tierra. Aunque teóricamente el retorno de la corriente debía hacerse por los carriles, en la práctica penetra y se distribuye en una zona alrededor del carril, y si encuentra algún tubo metálico o cubierta metálica de cables que tiene dirección apropiada, parte de la corriente pasa por él para volver más adelante a los mismos carriles o, a veces, a carriles diferentes de otras líneas que tengan el retorno común. La fracción de corriente eléctrica que sigue el camino indicado es pequeña, si las calles están bien pavimentadas y el terreno es seco; pero si el terreno es húmedo, esta corrientes vagabundas alcanzan cierta intensidad y producen serios perjuicios. Se calcula que un amperio circulando puede destruir 9 kg. de hierro ó 34 kg. de plomo; pero como el ataque no es uniforme, sino que se produce siguiendo los bordes de los granos, cualquier tubo o funda puede resultar perforado aunque el peso del metal destruido sea pequeño.
  • 16. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 15 En realidad, se forman dos pilas electrolíticas en serie, constituidas por: Raíles de acero (ánodo)—Terreno húmedo—Tubos de acero o cubiertas de plomo (cátodo) Tubos o cubiertas (ánodo)—Terreno húmedo—Raíles (cátodo). La corrosión en los raíles no tiene mucha importancia, porque se han de reponer por desgaste antes de que lleguen a debilitarse por corrosión; pero los daños en los tubos pueden llegar a ser muy graves. Un tipo de corrosión parecido a este ha tenido lugar alguna vez en los edificios de estructura metálica que tenían circuitos eléctricos en contacto con la estructura. La protección para evitar la corrosión por corrientes vagabundas puede realizarse por varios sistemas, que a veces se aplican simultáneamente para mayor garantía de la protección. Puede utilizarse un drenaje eléctrico, uniendo todas las cubiertas metálicas de cables o tubos, a través de resistencias, a la alimentación negativa, para que todo el tubo sea catódico con respecto al terreno, y así no existen porciones anódicas. Este sistema hay que usarlo con discreción, pues si la corriente que circula por las tuberías es muy intensa, puede producir la corrosión anódica en otros tubos no incorporados al drenaje. También ha dado buen resultado interrumpir con juntas aislantes las cubiertas de plomo de los cables o los tubos, con lo que se reduce la corriente que pasa por ellos. Estos aislamientos deben ser muy eficaces, pues si no lo son y sigue circulando corriente, en cada unión se establecerá una pila electrolítica y se producirá corrosión en el lado anódico de la junta. En los tubos de agua el ataque se producirá por el interior, puesto que la corriente seguirá pasando por el agua. También pueden emplearse barras de sacrificio, haciendo buen contacto con los tubos, para que la corriente salga por las barras, resultando estas corroídas.
  • 17. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 16 Y, por fin, también pueden emplearse pinturas a base de alquitrán, betún o cualquier otro recubrimiento no metálico, tal como se describirá más adelante. Estos recubrimientos deben ser hechos con mucho cuidado, pues si se dejan zonas sin recubrir, el ataque será mucho más intenso en ellas que las que sufriría el tubo estando desnudo. 2.2.4. Corrosión química. • ACCION DE LOS ACIDOS NO OXIDANTES (ácido sulfúrico, clorhídrico, etc.). – Si se pone en contacto un metal con un ácido no oxidante, en un recipiente cerrado, generalmente serán reemplazados en el ácido los iones de hidrógeno por los iones metálicos hasta restablecer el equilibrio en la siguiente reacción: Esto ocurrirá cuando el potencial M/M++ iguale al potencial H2/2H+ en la superficie metálica. Para que esto ocurra debe aumentar la concentración de hidrogeno en el líquido, con el consiguiente aumento de presión, en el espacio gaseoso por encima de él. Si el metal está en el lado “activo” de la serie galvánica, el equilibrio solo se alcanzará cuando la presión se haya hecho muy grande. Si el ataque tiene lugar, no en recipiente cerrado, sino al aire, el equilibrio será imposible, y el desprendimiento de hidrogeno, y por tanto, la reacción, continuara hasta agotarse el metal con desprendimiento de burbujas en los metales más activos y por difusión lenta a través del liquido en los metales menos activos. Las reacciones de corrosión son: En el cátodo: +++ +⇔+ MHH2M 2 2 - He2H2 =++
  • 18. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 17 En el ánodo: Estas reacciones pueden verificarse en puntos contiguos y alternativamente en un mismo punto. Si el metal esta en el lado “noble”, como el plomo, la plata, el cobre, etcétera, basta una pequeña concentración de hidrógeno para que cese la reacción, siendo suficiente una presión inferior a la atmosférica para que deje de desprenderse hidrogeno y se interrumpa, por tanto, el ataque del metal con el ácido. El hierro resulta atacado por los ácidos no oxidantes, favoreciendo este ataque la presencia de azufre en forma de sulfuro de hierro o manganeso, debido a un efecto catalizador. • ACCION DE LOS ACIDOS OXIDANTES (ácido nítrico, etc.). Los metales del lado “activo” se disuelven, en general, en forma de nitratos en el ácido nítrico, produciendo, en lugar de hidrogeno libre, compuestos hidrogenados como el amoniaco (N H3) y la hidroxilamina (N O2 H O). Los metales del lado “noble” son atacados por el ácido nítrico (N O3 H), y más violentamente si no se agita el líquido, pues los productos de la reacción obran como catalizadores. El ácido nítrico (N O3 H), además de ácido, es un agente oxidante y puede producir película protectora de oxido férrico (Fe2 O3) en la superficie del hierro, cesando entonces el ataque porque la película lo protege, aunque se disuelve, pero muy lentamente. Así se establece una lucha entre las propiedades ácidas y oxidantes del reactivo. Si el ácido esta diluido, prevalece el ataque del ácido y la corrosión tiene lugar violentamente. Pero si el ácido está concentrado, prevalece la acción oxidante, y después - e2MM += ++
  • 19. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 18 de un ligero ataque al principio, queda el hierro autoprotegido. Puede pasivarse el hierro introduciéndolo en ácido nítrico concentrado, lo que le permite resistir la acción del ácido diluido, que atacaría al hierro normalmente. • ACCION DE LOS ALCALIS.- El cinc, aluminio, plomo, estaño y cobre son atacados por una solución de hidróxido sódico. Los metales más resistentes a los álcalis son el níquel, la plata y el magnesio. 2.3. Corrosión por heterogeneidad del metal. Las heterogeneidades que crean diferencias de potencial electroquímico entre los distintos puntos de una superficie (dando origen, por tanto, a zonas anódicas y catódicas) son múltiples, pudiendo provenir lo mismo del metal que del electrolito en contacto con él. Un trozo de tubería nueva insertado en un tramo de tubería vieja, puede corroerse rápidamente, pues, en general, actuará de ánodo, y la vieja, de cátodo. Una impureza cercana a la superficie de un metal es suficiente para iniciar una corrosión electroquímica; la impureza hace de cátodo, y el hierro, de ánodo. Otra causa de corrosión es un poro en la cascarilla de laminación. Entre esta cascarilla, que resulta catódica con respecto al hierro, y este, se produce una pila de corrosión. Pueden ser también causa de corrosión las tensiones internas o externas a que quede sometido un metal, el estado de acritud después de un trabajo en frío, el rayado de su superficie y, en general, los diversos tratamientos químicos o térmicos, que acentúan las causas de heterogeneidad y, por consiguiente, las causas de corrosión. Resumiendo se puede decir que las principales heterogeneidades en las fases metálicas son:
  • 20. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 19 1. Fases dispersas en la matriz metálica de diferente composición química que esta. 2. Partículas contaminantes de la superficie. 3. Segregaciones. 4. Uniones bimetálicas. 5. Anisotropía de los granos cristalinos. 6. Bordes de grano. 7. Dislocaciones emergentes. 8. Regiones de metal deformado en frío. 9. Discontinuidades en capas que recubren el metal. 10. Regiones de metal sometidas a tensión y deformación elástica. La corrosión electroquímica es sensible a factores estructurales y subestructurales. a) Efecto de la Anisotropía cristalina. b) Caso de bordes de grano reactivos. c) Influencia de una partícula catódica superficial. d) De izquierda a derecha, ejemplos de cristal perfecto y cristales imperfectos: dislocación en cuña y dislocación helicoidal.
  • 21. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 20 2.4. Corrosión por heterogeneidad del medio circundante. Las diferencias de temperatura, de concentración y, sobre todo, de concentración de oxigeno, son causas muy frecuentes de corrosión. Un caso típico del fenómeno de corrosión por heterogeneidad del medio circundante, lo constituye la corrosión por aireación diferencial. Las partes de una pieza menos aireadas, como, por ejemplo, los ángulos vivos, rayas profundas, etcétera, funcionan como ánodos y son inmediatamente atacados. Esta misma clase de corrosión es la que se produce en una pieza medio sumergida, en la que la porción próxima a la superficie del agua y, por tanto, mas oxigenada es catódica, y la parte inferior, menos oxigenada, es el ánodo, que es el que se corroe. Otro ejemplo clásico de esta corrosión producida por aireación diferencial. Es el de la corrosión producida por una gota de solución salina sobre una plancha de hierro o de cinc que resulta atacada en el centro de la gota, donde se produce cloruro ferroso, que actúa de ánodo, mientras la periferia, a la que tiene fácil acceso el oxigeno actúa de cátodo, formándose entre las dos zonas una línea de orín amarillo. Son numerosos los ejemplos prácticos de corrosión localizada debida a fenómenos de aireación diferencial. Cualquier objeto reposado sobre una superficie metálica o aplicado contra ella: partícula sólida, recubrimiento protector parcialmente desprendido, o incrustación de organismo marino puede dar origen a resquicios. Corrosión galvánica en el contacto directo latón-aluminio y por aireación diferencial debajo del reborde dejado por la junta aislante.
  • 22. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 21 Ejemplos de resquicios: en unión solapada; en las zonas de contacto entre planchas metálicas amontonadas; en el contacto entre superficie metálica y partícula inerte; en una raya en el metal, o en defectos presentes en una soldadura. 3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSION. Los principales factores que se deben considerar en el estudio de las protecciones contra la oxidación y la corrosión son los siguientes: a) Clase y estado del metal.- Evidentemente hay que tener en cuenta, en primer lugar, la clase de metal y el estado en que se encuentra. Para esto hay que conocer su composición química, su constitución, estructura, impurezas que contiene, procedimientos de elaboración, tratamientos térmicos a que ha sido sometido, tratamientos mecánicos, etc. Las hetereogeneidades químicas, estructurales y las debidas a tensiones internas, originan pares galvánicos que aceleran la corrosión.
  • 23. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 22 b) Estado de la pieza.- Destaca el estado de la superficie (los surcos de mecanizado, rayas, grietas, orificios, etc., favorecen la corrosión; por el contrario, un pulido perfecto la dificulta), su radio de curvatura y orientación con relación a la vertical, naturaleza de las piezas en contacto y esfuerzos a que está sometida (los de tracción la favorecen). c) Medio en que se encuentra.- El ataque al metal partirá del medio en que se encuentra, y, por tanto, cuanto mejor lo conozcamos, más fácilmente será prever la clase de corrosión que se puede producir y los medios de evitarla. Sobre el medio conviene conocer su naturaleza química, su concentración, el porcentaje de oxigeno disuelto, el índice de acidez (Ph), presión, temperatura, etc. d) Clase de contacto entre el metal y el medio en que se encuentra.- El contacto entre el metal y el medio en que se encuentra queda definido por la forma de la pieza, estado de la superficie, condiciones de inmersión, etc. 4.PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION CONTRA LA CORROSION. La lucha contra la corrosión es un problema muy complejo, debido al gran número de factores que entran en juego; por tanto, cada caso específico requiere un tratamiento particular y no es posible encontrar soluciones generales. Se procurará proyectar la estructura de manera que por su forma o el ambiente en que se encuentre no se favorezcan las circunstancias corrosivas. Se tratará de evitar las zonas de estacionamiento de líquidos, las uniones remachadas, el contacto de metales muy separados en la serie galvánica, ángulos vivos, zonas con acritud, etc. Los procedimientos generalmente aplicados para la protección contra la oxidación y la corrosión pueden clasificarse en seis grupos principales:
  • 24. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 23 1º Protección por recubrimientos metálicos. 2º Protección por recubrimientos no metálicos. 3º Protección por el empleo de inhibidores. 4º Protección por el empleo de pasivadores. 5º Protección catódica. 6º Protección por el empleo de metales autoprotectores. Sobre la elección del procedimiento más adecuado para cada caso no se pueden dar normas generales. Cada problema debe ser estudiado como un caso particular, puesto que simplemente pequeñas impurezas en el medio o en el metal pueden cambiar por completo el planteamiento del problema. Además de estos procedimientos para proteger al metal de la corrosión se deberá tratar, en la medida de lo posible y atendiendo a las solicitaciones a las que estará sometido el metal, de que la pureza del metal sea lo mayor posible, ya que cuanto mayor sea esta mayor será su resistencia a la corrosión. Ejemplo: el Zn puro, casi no se ataca por el SO4H2 mientras que el impuro se ataca violentamente; el Al puro resiste muy bien la corrosión. También se podrá añadir elementos de aleación, así se aumenta su resistencia a la corrosión al añadirle Cr, Ni, Si y otros elementos. Ejemplo: aceros inoxidables 18% cromo 8% níquel. Existen también aleaciones no férreas resistentes a la corrosión: bronces, latones, metal monel, alpaca, duraluminio, etc. Otra modificación del metal puede ser el someterlo a tratamientos térmicos. Como las aleaciones de fase única son las más resistentes a la corrosión, es necesario en muchos casos un tratamiento térmico adecuado para conseguir una estructura homogénea (aceros inoxidables austénicos). 4.1. Protección por recubrimientos metálicos. Uno de los procedimientos más empleados contra la oxidación y corrosión es el recubrir la superficie que se desea proteger con una capa de metal autoprotector lo más compacta y adherente posible.
  • 25. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 24 Si el metal protegido es menos electronegativo (catódico) que el protector (anódico), la protección tiene lugar aun en el caso de agrietamiento o descascarillado de la capa protectora. Lo contrario sucede si el recubrimiento es catódico, requiriéndose en este caso un recubrimiento perfecto, sin porosidad. Como ejemplo del primer caso tenemos el acero recubierto de Zn y del segundo, al recubrirlo de Sn. La elección del metal empleado en el recubrimiento se hace de acuerdo con el metal que se ha de proteger, del objeto de que se trata y del espesor que se proyecta dar a la capa protectora. Los recubrimientos metálicos pueden aplicarse por varios procedimientos: por electrólisis, por inmersión en el baño del metal protector, por metalización, por cementación y por chapado. Antes de proyectar un metal sobre una superficie, debe someterse esta a una preparación previa, para obtener una buena adhesión del metal proyectado. 4.1.1. Preparación de la superficie. Cualquiera que sea el recubrimiento que se adopte, debe desengrasarse previamente la pieza con un disolvente apropiado, como sosa cáustica, tricloroetileno, benceno, etc. Después se elimina el orín y cascarilla de la superficie del metal sometiéndolo a un decapado. • DECAPADO. La eliminación de la capa de laminación y del orín en la superficie de las piezas de acero, es absolutamente necesaria antes de aplicar un recubrimiento de cualquier clase. Esta eliminación se efectúa por medio de una operación que se denomina decapado, que puede efectuarse por procedimientos mecánicos, químicos y electrolíticos. Todos estos
  • 26. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 25 procedimientos de decapado se tratarán de forma más extensa en el tema de preparación de la superficie para pintar. DECAPADO MECANICO.- La limpieza de la superficie de las piezas puede realizarse con cepillos de alambre, que limpian bastante la cascarilla y el orín, pero que siempre dejan residuo, que queda brillante por el frotamiento del cepillo, lo que da apariencia de que el metal ha quedado completamente limpio. El chorro de arena realiza una limpieza bastante perfecta. El chorro de arena proyectado por aire comprimido se emplea con dos fines: A) Para limpiar la superficie de la pieza. B) Para la creación de rugosidades que favorecen la adherencia del metal proyectado. La limpieza que produce el chorro de arena es solo superficial, y por eso, si la pieza esta embebida de grasa, debe calentarse previamente y limpiarse con tricloroetileno u otro disolvente apropiado. El chorro de arena elimina la cascarilla de las piezas templadas y toda traza de oxidación. La limpieza con chorro de arena debe preceder a cualquier otra preparación para evitar que el oxido superficial pueda quedar incluido en la masa de la pieza. Además de la limpieza, el chorro de arena produce una rugosidad que es función del abrasivo que se emplea y de la presión del aire comprimido. El abrasivo generalmente utilizado es la arena silícea, que debe ser de arista viva, exenta de polvo y completamente seca. Si la arena tiene polvo, blanqueara la pieza, pero no producirá rugosidad. La arena de granos redondeados pulimenta, pero no da rugosidad y tampoco sirve.
  • 27. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 26 El diámetro del grano debe ser inferior a 0,4 mm, que corresponden al tamiz 30 (el numero de un tamiz es el número de alambres por pulgada cuadrada). Para trabajos delicados será preferible emplear granos más finos (tamiz 35). También se emplea el chorro de perdigones, proyectando con una maquina especial que los recupera, y cuya acción, además, sobre la superficie de la pieza mejora su resistencia a la fatiga. Se emplean perdigones de 1 mm de diámetro, proyectados sobre la superficie a una presión de 5 Kg por centímetro cuadrado. DECAMADO QUIMICO.- sin embargo, el procedimiento más empleado, sobre todo como operación previa para el galvanizado y estañado, es la limpieza por medio de ácidos. El decapado químico se realiza sumergiendo la pieza en ácido sulfúrico diluido al 10 por ciento a unos 80º C., durante cinco minutos, o en ácido clorhídrico en frío, al 20 por ciento, ayudando alguna vez, aunque no es frecuente, a levantar la cascarilla raspando la superficie de la pieza. Para evitar que resulte excesivamente atacado el metal, se añaden a la solución del ácido inhibidores que retardan el ataque del metal sin interferir la eliminación de la cascarilla y el orín. Se emplean como inhibidores sustancias coloidales como la gelatina, agar-agar y tanino. Sin embargo, se suelen emplear corrientemente inhibidores más complejos, como el di-orto-tolil-tiourea o el dihidro-dioto-toloudina. La eficacia de los inhibidores disminuye a medida que se eleva la temperatura. Las piezas decapadas en ácido clorhídrico y sulfúrico se enmohecen al exponerlas al aire. Para evitar esto, se emplea un acabado con ácido fosfórico, que les da una protección adicional, formada por una película gris de fosfato de hierro y sobre la que se aplica en muy buenas condiciones la pintura. Puede seguirse el procedimiento siguiente: se sumergen las piezas, primero, en una solución de ácido sulfúrico al 5 por ciento, a 60º C, durante quince a veinte minutos; se lavan después con agua a 60º C, y se sumergen finalmente de dos a tres minutos en ácido fosfórico al 2 por ciento, a 85º C. Esta solución
  • 28. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 27 ha de tener además 0,3-0,5 por ciento de hierro al iniciar el tratamiento. La proporción de ácido fosfórico debe mantenerse añadiendo más a medida que se consuma. DECAPADO ELECTROLITICO.- El decapado electrolítico puede realizarse haciendo actuar los objetos de acero como ánodos en una solución de ácido sulfúrico al 30 por ciento que contiene bicromato potásico. La densidad utilizada es de unos 10 amperios por decímetro cuadrado. 4.1.2. Recubrimientos por electrolisis. Se obtienen películas de metal protector utilizando este como ánodo, y las piezas que se desea recubrir, como cátodos, y empleando un electrolito de una solución del metal que se ha de depositar en forma de sulfatos o cianuros con adición de algunas sustancias orgánicas. La pieza actúa de cátodo en una cuba electrolítica y sobre ella se deposita el metal protector. Ejemplo: niquelado, cobreado, cromado, dorado, plateado, etc. Los principales metales autoprotectores que se depositan electrolíticamente son: el cobre, el níquel y el cromo, y alguna vez el cinc, el cadmio y el latón. También se depositan electrolíticamente el oro, la plata, el vanadio y el rodio, aunque estos metales tienen a veces más interés decorativo que protector. El espesor de las películas es del orden de 0,001 a 0,01 mm. El níquel y el cromo son los metales más empleados en recubrimientos electrolíticos. Cuando se trata de piezas de acero se aplican frecuentemente tres o cuatro capas: una de cobre, otra de níquel y otra de cromo, o bien una de níquel, otra de cobre, otra de níquel y otra de cromo. Los espesores aproximados son: níquel, 0,005 mm. ; cobre, 0,01 mm. ; níquel, 0,02 mm. ; cromo, 0,002 mm. Para proteger el latón son suficientes dos capas: una de níquel, de 0,002 mm. , y otra de cromo, de 0,003 mm. El níquel protege bien al acero contra la oxidación y corrosión, pero se empaña o mancha en el aire húmedo y por eso se acostumbra a aplicar una película de cromo sobre
  • 29. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 28 níquel, lo que resulta ventajoso porque el cromo es más duro que el níquel. El depósito del cobre tiene por objeto cubrir el metal base si queda algún poro en la película de níquel, y, además, aumentar la adherencia del revestimiento Se han hecho ensayos de depositar el cinc y el estaño electrolíticamente; pero estos metales se aplican corrientemente por inmersión, en su masa fundida, de los metales que se desea proteger. El cadmio depositado electrolíticamente se creyó que desplazaría al cinc; pero en realidad solo se emplea actualmente para objetos que han de funcionar en atmósferas tropicales. 4.1.3. Recubrimientos por inmersión en baño de metal fundido. Consiste este método en sumergir la pieza que se desea proteger, durante breve tiempo, en un baño de metal protector fundido. A la salida del baño se somete a la pieza a una especie de “enjuagado” que disminuye y, sobre todo, uniformiza el espesor de la capa del metal adherido. Los recubrimientos de este tipo más utilizados son el galvanizado y el estañado. • GALVANIZADO.- El galvanizado es el recubrimiento del acero con cinc. El hierro es catódico respecto al cinc; por lo tanto, quedara protegido aunque se produzca un poro o fisura en la capa protectora, pero a costa del cinc, que sufrirá la corrosión. Por esto debe ser la capa de cinc gruesa, por lo menos de 0,05 gramos por centímetro cuadrado de superficie, si se quiere que la protección sea efectiva. Se emplea mucho el galvanizado para el recubrimiento de chapas acanaladas para techados; para la protección de alambres de hierro, de utensilios de cocina, de tuberías para agua, de utensilios para avicultura, etc. Parece demostrado, sin embargo, que las tuberías
  • 30. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 29 galvanizadas se corroen más rápidamente que sin galvanizar, si son de agua caliente. Si son de agua fría, la protección es eficaz. • ESTAÑADO.- El estañado es un procedimiento de protección de los metales por inmersión en un baño de estaño fundido. El estaño se aplica preferentemente para la fabricación de hojalata, que es acero suave calmado, con una película de estaño en cada cara, de unos 0,005 milímetros. El estaño es catódico con respecto al acero, y, por tanto, en los poros o fisuras del recubrimiento se producirá una corrosión del metal base más intensa que si estuviese el metal desnudo. Sin embargo, en las conservas de frutas, los jugos cambian la polaridad electrolítica y el acero resulta generalmente catódico, por lo que se pierden pocos botes de conserva por corrosión. Algunos en cambio, se rompen por la presión del hidrogeno desprendido en el cátodo. El recubrimiento de estaño se emplea también para proteger utensilios de cocina, tuberías de agua de cobre, tubos de condensadores de latón, etc. 4.1.4. Recubrimiento por metalización. La metalización, o sea, la proyección de un metal fundido con una pistola de metalizar, es un procedimiento de tratamiento superficial de los metales. La metalización tiene la ventaja de que se puede aplicar, a pie de obra, a objetos de todas las formas y tamaños, como gasómetros, vagones de ferrocarril, turbinas hidráulicas, barcos, etc. La metalización a pistola (puede metalizarse también “al vacío”) consiste en la proyección de partículas en estado plástico o fundido, sobre una pieza, por medio de una pistola metalizadora. Esta pistola está formada por un soplete que funde el metal de
  • 31. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 30 aportación, y de un suministro de aire comprimido que proyecta el metal fundido y acciona el mecanismo de avance del alambre. • APLICACIONES DE LA METALIZACION.- La metalización se emplea cada día más, tanto para trabajos de reparación como para piezas de nueva construcción, pudiendo citar, entre otras, las siguientes aplicaciones: 1) Recargues de ejes o piezas desgastadas. 2) Reparación de defectos en piezas fundidas. 3) Protección de piezas contra el desgaste, con la aportación de metales más duros que el metal base. 4) Protección de piezas contra la corrosión atmosférica o de los ácidos. 5) Mejora del acabado de las piezas por aplicación de níquel, cromo-níquel, etc. 6) Fabricación de moldes y de electrodos para electroerosión. 7) Aplicaciones decorativas. • VENTAJAS DE LA METALIZACION.- 1. ª) Mejora las propiedades de la superficie del metal base. Esta mejora puede ser producida por la porosidad del depósito o por la calidad del metal aportado. El metal proyectado es más poroso que el metal laminado o fundido, lo que facilita la absorción del aceite o grasa lubricante, mejorando el coeficiente de rozamiento y disminuyendo considerablemente las posibilidades de gripado.
  • 32. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 31 Por otra parte, el poder proyectar un metal sobre cualquier otro metal base permite la proyección, por ejemplo, de un acero cromo-níquel para recubrir ejes de acero ordinario, o recubrir de bronce los pistones de acero de las bombas hidráulicas. 2. ª) Los espesores del metalizado abarcan una gama muy amplia, pudiendo hacer recargues de hasta 20 mm de espesor y más. 3. ª) El metalizado se efectúa relativamente en frío, debiendo poderse tocar con la mano la pieza que se metaliza, durante la operación. De esta manera se evita la contracción del metal proyectado con respecto a la pieza base. Solamente se calientan ligeramente las piezas cuando se metaliza interiores de cilindros, y aun este precalentamiento no pasa nunca de 130º C. • CASOS EN QUE NO ES ACONSEJABLE METALIZAR.- Debido a la poca elasticidad de los metales proyectados, no pueden exponerse las piezas metalizadas a choques directos. Por eso no se deben recargar dientes de engranajes, etc. También la forma de las piezas impone una limitación a la metalización, puesto que el chorro de metalizado debe proyectarse perpendicularmente a las superficies, no pudiendo en ningún caso ser este ángulo de proyección inferior a 45º Por eso el interior de tubos muy pequeños, cuya longitud sea más del doble de su diámetro, no podrá recargarse desde el exterior, ya que, aun atacando por las dos extremidades, quedaría el centro sin metalizar. • PRACTICA DE LA METALIZACION.- Para realizar la metalización es necesario colocar las piezas en un soporte adecuado y disponer de una pistola metalizadora, con suministro de acetileno, oxigeno y aire.
  • 33. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 32 Para evitar la oxidación de las superficies preparadas para la metalización es conveniente proceder a esta operación inmediatamente de terminada la operación. Pistola metalizadora y accesorios.- una pistola metalizadora de tipo oxiacetilénico está compuesta por un soplete generalmente de oxigeno y acetileno, aunque a veces también se utiliza oxigeno y propano. Este soplete es similar en su funcionamiento al de soldadura autógena y tiene por objeto fundir el alambre del metal que se va a proyectar. Lleva también la pistola una boquilla de aire comprimido, utilizada para pulverizar el metal fundido por el soplete y proyectarlo sobre la pieza, y un mecanismo de avance del alambre del metal que se proyecta, que generalmente consiste en una pequeña turbina de aire cuya velocidad es regulable. Y, por fin, está provista la pistola metalizadora de válvulas de regulación del paso del aire comprimido del oxigeno y del acetileno, y de la velocidad de avance del alambre. Hay pistolas que llevan también una válvula general de cierre de paso de los tres fluidos. Pistola de proyección TOP-JET : 1. Mandos 2. boquilla de proyección; 3. Soporte con las Tuberías de entrada de oxigeno, acetileno y aire; 4. mecanismo de mando del hilo; 5. Motor de aire comprimido; 6. Mando micrométrico para el avance automático del hilo.
  • 34. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 33 Los alambres generalmente utilizados son de 1,5, 2 y 3 mm de diámetro, debiéndose utilizar la boquilla adecuada para cada uno de los diámetros. Las pistolas son lo suficientemente ligeras para poderlas sostener con la mano sin cansancio; pero llevan también un dispositivo de sujeción a un soporte fijo o a una torreta de torno, para la metalización con avance automático. Como accesorios para el buen funcionamiento de una pistola metalizadora, se deben contar los siguientes: a) Un filtro o depuradora de aire. b) Un manodetentor de acetileno que se coloca en la botella de acetileno. c) Un manodetentor de oxigeno que se coloca en la botella de oxigeno. d) Un tablero de reglaje, provisto de un manodetentor de aire, otro de oxigeno y manómetros de acetileno, oxigeno y aire. e) Una devanadera para soporte del hilo de metalizar. f) Tuberías flexibles de goma o plástico para la unión de los diferentes elementos descritos. • OPERACIONES DE ACABADO.- Una vez metalizada la pieza, se debe efectuar, por lo general, un mecanizado de la superficie, bien sea con herramienta o con muela, para dejar la pieza a la cota prevista. El mecanizado del bronce, aluminio y aceros de un contenido de carbono de 0,6 por ciento, puede hacerse con herramientas. Las aportaciones de aceros con contenido de carbono superior al 0,6 por ciento tendrán que rectificarse a la muela. 4.1.5. Recubrimiento por cementación. La cementación empleada para la protección contra la corrosión no debe confundirse con el tratamiento térmico de este nombre, aunque la operación es similar, pues se trata de alear la capa superficial del metal con otro más noble y resistente a la corrosión. Pero así como en la cementación empleada como tratamiento térmico, el fin de
  • 35. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 34 la aleación es aumentar la dureza de la capa superficial, en la cementación empleada para la protección contra la oxidación y corrosión se trata de obtener una capa autoprotectora. Se calientan las piezas que se desean proteger, en presencia de polvo del metal protector, se crea por difusión una capa superficial resistente. Cuatro son los procedimientos de cementación más empleados: la sherardización, la cromización, la calorización y la silicación. La sherardización fue ideada por Sherard Cowper Coles, en 1901. Se emplea para proteger contra corrosión piezas pequeñas de acero de forma más o menos complicada, como cerrojos, etc., por medio de una aleación de cinc. La operación consiste en calentar los objetos, una vez limpios y empaquetados con polvo de cinc y naftaleno, a unos 360º C. El naftaleno tiene por objeto proteger los granos de cinc de la oxidación. Al final de la operación se forma una película de cinc puro sobre los objetos, de 0,02 a 0,05 mm de espesor, sobre una capa de una aleación hierro-cinc. El recubrimiento es anódico respecto al acero, aunque de menos potencial que si el recubrimiento fuese de cinc puro; pero la protección se mantiene aunque se produzcan grietas o poros. La cromización es un procedimiento caro, que se aplica sobre aceros de menos de 0,15 por ciento de carbono, y tiene como fin producir sobre las piezas una capa que contiene del 10 al 20 por ciento de cromo, es decir, una composición parecida al acero inoxidable, por difusión de cromo a través de la superficie del acero. La operación se realiza empaquetando las piezas de acero con una mezcla de cromo y alúmina (Al2 O3) finamente pulverizados, en la relación 55/34, y calentando el conjunto a unos 1.350º C durante tres o cuatro horas, en una atmósfera de hidrogeno para que no se oxide el cromo.
  • 36. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 35 Otro método para aplicar la cromización es calentar el acero entre 900º y 1.000ºC, en una atmósfera de cloruro crómico gaseoso. Al cabo de dos horas se forma una capa cromizada de unos 0,1 mm de espesor. Se emplea la cromización principalmente para proteger los ejes de las turbinas contra la corrosión y erosión y para la protección del acero contra el ácido nítrico. La calorización, también denominada aluminación, tiene por objeto proteger al acero por medio del aluminio. La calorización se realiza en un horno giratorio, en el que se calienta a unos 850º las piezas, una vez limpias y empaquetadas con una mezcla del 49 por ciento de polvo de aluminio, 49 por ciento de alúmina y 2 por ciento de cloruro amónico. Al cabo de una hora, aproximadamente, se habrá formado una capa de 0,1 a 1 mm de aleación hierro-aluminio, que contiene aproximadamente un 25 por ciento de aluminio, y sobre ella una capa protectora de alúmina (Al2 O3) cuyo punto de fusión es muy elevado. Las piezas calorizadas son muy resistentes a la corrosión producida por gases sulfurosos a alta temperatura, y por eso se emplea este método para la protección de crisoles para sales fundidas en los tratamientos térmicos, cajas de carburación, cubiertas de pirómetros, etc. La silicación consiste en la formación, en la superficie del acero, de una capa de aleación hierro-silicio, que contiene hasta un 20 por ciento de silicio, que es el porcentaje de algunas fundiciones especiales muy resistentes a la corrosión por los ácidos fuertes. Se opera calentando de 900º a 1.000ºC el acero una vez limpio, empaquetado con una mezcla de carburo de silicio y ferrosilicio. Los aceros siliciados resisten bien no solo a la corrosión, sino también a la erosión, y por eso se aplican a la protección de los ejes de bombas de agua de los automóviles. 4.1.6. Recubrimientos por chapado. El chapado o plaqueado consiste en superponer placas de un metal noble por una o las dos caras del metal que se desea proteger. La operación se realiza laminando las chapas
  • 37. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 36 de acero junto con las del metal protector, produciéndose una difusión de los metales en la zona de contacto. El chapado se hace, generalmente, con láminas de cobre, latón, níquel y cuproníquel, y modernamente con chapas de acero inoxidable. Los objetos fabricados con acero chapado tienen buenas propiedades mecánicas por el alma de acero, y excelente resistencia a la corrosión, por las láminas protectoras. 4.2. Protección por recubrimientos no metálicos. Los recubrimientos no metálicos empleados en la protección de la corrosión se pueden clasificar principalmente en: -FOSFATACION. -OXIDACION SUPERFICIAL. -ESMALTADO. -PINTURAS (tendrán un tratamiento aparte debido a su gran importancia y amplitud). -CERAMICOS. -VIDRIOS. 4.2.1. Recubrimientos por fosfatación. Consiste este procedimiento en sumergir las piezas de acero en una solución acuosa de un fosfato metálico ácido, que puede ser fosfato diacido de manganeso, fosfato diacido de cinc o fosfato diacido de sodio.
  • 38. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 37 La solución de fosfato diacido de manganeso se calienta a una temperatura de 100ºC, sumergiendo en el baño las piezas, sobre las que se obtiene una capa de fosfato insoluble de un espesor de 0,01 mm, según la reacción: Se emplea como catalizador una pequeña cantidad de una sal de cobre. La protección obtenida por este procedimiento es muy eficaz, sobre todo si se completa con una impregnación de una materia grasa. La solución de fosfato diacido de cinc se calienta a unos 80º de temperatura. La pieza se sumerge solamente durante algunos minutos, siendo la operación tan rápida porque se añade a la solución un oxidante. Esta protección es poco eficaz, y por eso se emplea solo como impregnación previa a una aplicación posterior de pintura o barniz. El fosfato diacido de sodio se emplea proyectando su solución sobre el acero. La protección que se obtiene es inferior a la obtenida por los fosfatos anteriores; pero se emplea por la relativa baratura de los fosfatos alcalinos. 4.2.2. Recubrimientos por oxidación superficial. La formación de una película superficial de oxido para proteger el metal es un medio bastante eficaz, que se emplea, sobre todo, para las aleaciones de aluminio y magnesio. La oxidación puede realizarse por calentamiento, por electrólisis (oxidación anódica) y por ataque de un ácido (oxidación química). 22424 H2MnFe)O(PFe2Mn)HO(P2 +→+
  • 39. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 38 La oxidación por calentamiento se emplea preferentemente para el acero. Se opera calentando las piezas de acero en un horno abierto o en un baño de sales fundidas formadas por una mezcla de nitrato sódico y potásico a una temperatura de 260º a 400º. La película que se produce es de oxido férrico magnético Fe3 O4. Si se emplean sales, su color es azul. Otro procedimiento es el de Bower-Barf, que consiste en calentar a 650º, durante tres horas, las piezas de acero, una vez limpias, en un horno cerrado, en el que se desplaza el aire por medio de vapor de agua recalentado o una mezcla de vapor de agua y benceno. Al terminar la operación se deja enfriar manteniendo la misma temperatura hasta que el acero se ha oxidado. Con esto el oxido férrico primeramente formado se habrá reducido a la forma más resistente de oxido ferroso-férrico. La capa de oxido es negra, siendo opaca o lustrosa según el acabado previo superficial del acero. La oxidación anódica se aplica, sobre todo, para la protección de piezas de aluminio. Actualmente está muy en boga este procedimiento para la producción de objetos decorativos, pues la película de oxido puede teñirse con diversos pigmentos, consiguiendo piezas de bello aspecto, que permanece inalterable casi indefinidamente. La película de oxido formado sobre aluminio y sus aleaciones, cuando se exponen al aire libre, es bastante protectora, y por eso se pensó que una película de oxido más gruesa, producida artificialmente, mejoraría la protección. La oxidación anódica del aluminio se realiza empleando las piezas como ánodo, y como electrolito, el ácido oxálico, el ácido crómico o el ácido sulfúrico al 20 por ciento. Este es el procedimiento más empleado, con el nombre de aluminita. La oxidación la realiza el oxigeno que se desprende en el ánodo y que forma una película protectora de oxido de unos 0.02 mm. Después del tratamiento se cierran los poros que contiene la capa formada, por inmersión en agua hirviendo o en vapor de agua, lo que produce una expansión de la capa por transformarse parte del oxido en la forma hidratada. La oxidación anódica se aplica también para la formación de los denominados condensadores electrolíticos, utilizando como electrolitos ácido bórico y boratos, que producen recubrimientos muy delgados y sin poros y de un gran poder aislante de la
  • 40. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 39 electricidad en uno de los sentidos. Por eso los condensadores electrolíticos solo se utilizan para corriente continua, pues si se invierte la polaridad, se destruye la capa de oxido. La oxidación química consiste en sumergir el metal o aleación en una solución acuosa de un cuerpo capaz de reaccionar sobre el metal formando una película muy delgada de oxido o de una sal compleja insoluble. Este procedimiento se aplica a las aleaciones de magnesio, empleando soluciones de bicromato alcalino en ácido nítrico. La protección conseguida por oxidación química es inferior a la obtenida por oxidación anódica. Existen otros tratamientos para producir patinas, bronceados, etc., que tienen como fin producir una película de oxido por procedimientos empíricos que mejoran el aspecto del metal, pero tienen poca eficacia desde el punto de vista protector contra la oxidación. 4.2.3. Recubrimiento por esmaltado. Los esmaltes son esencialmente borosilicatos de calcio, de potasio y de plomo, que se aplican formando una papilla sobre el metal previamente desengrasado y decapado. Una vez secas se introducen las piezas en un horno donde se funde el esmalte formando una capa protectora vidriada. El esmaltado se utiliza mucho para utensilios de cocina caseros y para aparatos empleados en la industria química. Los esmaltes tienen el inconveniente de que no son elásticos y saltan con facilidad si se golpean. 4.2.4. Recubrimiento con pinturas. Existen muchas clases de pinturas que proporcionan una protección más o menos eficaz contra la corrosión. Las pinturas al aceite no son anticorrosivas y solamente se les asigna, desde el punto de vista de protección contra la corrosión y la oxidación, una misión impermeabilizante, aparte del efecto decorativo.
  • 41. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 40 Normalmente deben aplicarse por lo menos dos capas, sobre una imprimación previa sobre el metal de un pigmento pasivador, como el minio o el cromato de cinc, que detienen la corrosión aun cuando se produzca algún poro en la capa de pintura que llegue hasta el metal base. Las capas de pintura al aceite evitan que el pigmento pasivador sea arrastrado por el agua de lluvia o alterado por la atmósfera viciada. De las pinturas al aceite, las fabricadas con pigmentos de oxido férrico (Fe2 O3), y precisamente con el denominado hierro oligisto micanio, son las que dan mejor resultado. Las pinturas a base de purpurinas formadas por aluminio o polvo de aluminio tienen propiedades impermeabilizantes superiores a las pinturas al aceite. También se emplean mucho actualmente pinturas de caucho clorado y poliestireno, que contienen polvo de cinc y que al secarse dan un acabado similar al galvanizado. Las pinturas cuya base son los alquitranes procedentes de la destilación de la hulla, o los betunes naturales, se emplean también mucho para la protección, sobre todo, de tuberías enterradas. A las pinturas a base de alquitrán conviene adicionarles cal para neutralizar su acidez. Todas las pinturas de esta clase tienen el inconveniente de que se cuartean si sufren grandes variaciones de temperatura, y además fluyen en tiempo caluroso y se hacen frágiles en tiempo frío. Toda aplicación de pintura de cualquier clase debe ir precedida de un desengrasado y decapado cuidadoso del metal para hacer desaparecer toda traza de oxido, orín o cascarilla. 4.2.5. Recubrimientos con cerámicas. Cuando se habla de materiales cerámicos, no se hace referencia solamente a la alfarería, ladrillos, tejas o la vajilla de nuestras casas. Los materiales cerámicos abarcan
  • 42. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 41 una serie de productos de gran utilidad en la industria: vidrios, cementos, ladrillos refractarios, sensores,... Suelen definirse como unos materiales sólidos que no son metales ni polímeros, aunque pueden contener en sus estructuras elementos metálicos o poliméricos. Sus propiedades son muy variadas; existen materiales cerámicos blandos (yeso, talco) otros muy duros (cuarzo, carborundo). Las diversas aplicaciones de los materiales cerámicos derivan de esta variedad, siendo muy importantes sus capacidades de resistir el calor y los ataques de los agentes químicos, presentando generalmente un inconveniente, su fragilidad. Los materiales cerámicos de más utilidad industrial, teniendo en cuenta sobre todo su utilización en medios agresivos y por lo tanto sus características de materiales a utilizar como alternativa de los metales y polímeros sintéticos en la lucha contra la corrosión son: - Gres.- aparatos para la industria química, revestimientos de tuberías, suelos industriales, revestimientos de bombas, ventiladores, etc. - Ladrillos antiácidos.- combinados con membranas impermeables protegen térmica y mecánicamente substratos de acero u hormigón en ambientes corrosivos. - Materiales refractarios.- se utilizan para altas temperaturas en hogares, cámaras de combustión y zonas de reacción. - Porcelana. - Vidrio. - Hormigón. - Cemento.
  • 43. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 42 4.3. Protección por el empleo de inhibidores. Un inhibidor es una sustancia que se añade, generalmente en proporción muy pequeña, a un medio corrosivo, para detener o disminuir la velocidad de la corrosión formando un compuesto protector insoluble sobre la superficie del metal, bien sea catódica o anódica. Los inhibidores se emplean mucho en el decapado ácido, para disminuir la velocidad de ataque del metal a decapar sin interferir la eliminación de la capa de oxido. Existen dos clases de inhibidores: los anódicos y los catódicos. 4.3.1. Inhibidores anódicos. Los inhibidores anódicos reaccionan sobre las partes anódicas del metal, formando un compuesto protector. Se emplean como inhibidores anódicos el carbonato sódico, el bicarbonato sódico, el fosfato sódico, el silicato sódico y el cromato sódico. También se emplea el bicromato potásico en la proporción de 0,2 por ciento. Los inhibidores anódicos producen una velocidad de corrosión pequeña, con alto potencial de electrodo. 4.3.2. Inhibidores catódicos. Los inhibidores catódicos forman compuestos protectores sobre el cátodo, empleándose para este fin sulfato de magnesio, de níquel y de cinc. Los inhibidores catódicos se utilizan para evitar la corrosión del acero en aguas neutras. Existen otros inhibidores denominados de absorción, que son sustancias coloidales que se fijan sobre el metal. Entre estos pueden citarse la gelatina, el tanino, el agar-agar, etc.
  • 44. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 43 4.4.Protección por el empleo de pasivadores. En algunos casos se forma una película en la superficie del metal que detiene la corrosión apenas iniciada. Se dice entonces que estos metales tienen pasividad natural contra la corrosión en el medio que ocurre esto. También puede conseguirse la pasividad tratando previamente el metal, y entonces se dice que la pasividad ha sido provocada por un pasivador. Un ejemplo de pasividad provocada es la que se obtiene sumergiendo una pieza de acero en ácido nítrico concentrado, resultando así inatacable por el ácido nítrico diluido, que sin esta pasivación lo ataca fácilmente. No se conocen bien las causas de la pasivación, pero se atribuye, en general, o bien a la formación de películas gaseosas protectoras, generalmente de oxigeno e hidrogeno, o bien a la formación de películas sólidas, generalmente de óxidos, que protegen el metal, como ocurre con el aluminio, que posee pasividad natural. Los pasivadores mas empleados son el minio y el cromato de cinc, ambos muy usados como impregnadores de las piezas de acero antes de aplicar cualquier pintura sobre ellos. • MINIO.- El minio es oxido de plomo (Pb3 O4), y es quizá el pigmento pasivador mas empleado. • CROMATO DE CINC.- El cromato de cinc (Cr O4 Zn) transforma los iones ferrosos generados en el agua en férricos, produciendo una capa bastante insoluble, en el ánodo, de bióxido férrico. La diferencia entre un pasivador como el minio, por ejemplo, y una pintura antioxidante, preparada a base de oxido férrico, es que si se hace una raya en la pintura que descubra el metal, resulta este atacado; pero si la raya se hace en una superficie recubierta con minio, no se produce en ella ninguna corrosión.
  • 45. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 44 4.5. Protección catódica. La protección catódica consiste en incluir la pieza que se desea proteger en un circuito eléctrico con fuerza electromotriz exterior aplicada, o sin ella de manera que el metal haga de cátodo (ver figura). Protección catódica sin suministro de energía eléctrica exterior de una tubería de hierro por medio de un ánodo de magnesio. Este método se funda en el hecho comprobado de que si se sumergen dos metales de distinto potencial galvánico, por ejemplo, cinc y hierro, unidos o puestos en contacto en una solución salina, se produce una corriente eléctrica a través del electrolito, que va del metal anódico -en este caso el cinc- al catódico, que es el hierro, que neutraliza las acciones electroquímicas locales entre distintas zonas que habría en cualquiera de los metales de haberse aislado. En este caso particular, el hierro resulta protegido a costa de consumirse el cinc. Los ánodos más utilizados, cuando se aplica protección catódica sin suministro de energía eléctrica exterior, son de cinc, aluminio, magnesio o aleación rica en magnesio. El aluminio tiene el inconveniente de formar una capa de oxido que disminuye su acción protectora.
  • 46. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 45 Los cascos de los navíos se protegen contra la corrosión galvánica producida por la acción de las hélices de bronce colocando ánodos de cinc o de magnesio en el casco, en las proximidades de la hélice. Si la resistencia del electrolito, o sea, del medio en que esta el metal (puede ser tierra húmeda, etc.) es demasiado grande y la corriente que circula entre los dos metales es demasiado débil para anular las corrientes locales, debe proveerse un suministro de corriente continua exterior para establecer una corriente eléctrica de intensidad adecuada. Naturalmente, este tipo de protección exige el sacrificio del metal que hace de ánodo. Los ánodos utilizados cuando se emplea la protección anódica con suministro de energía eléctrica exterior, pueden ser de hierro, generalmente tubos o chapas viejas, pues ya no es necesario que el metal protector tenga distinto potencial galvánico que el metal protegido. La fuente de energía eléctrica debe dar corriente continua, y generalmente se emplean rectificadores de corriente alterna o baterías de acumuladores. La densidad de corriente necesaria para obtener protección por cada metro cuadrado de superficie metálica, podrá variar según el aislamiento de la pieza. Si las piezas, tuberías por ejemplo, tienen un buen recubrimiento protector, los gastos originados por la protección catódica se reducirán notablemente. Por esto, en general, solo se emplea la protección catódica con suministro de energía eléctrica en los puntos más expuestos a la corrosión, que pueden determinarse midiendo la resistencia eléctrica del terreno. Todas las zonas de menor resistencia con respecto a las vecinas, son zonas de corrosión de intensidad apreciable. Únicamente se emplea la protección catódica con fuerza electromotriz exterior aplicada, para protección total de tuberías o juntas enterradas cuando están muy bien revestidas, porque entonces la densidad de corriente necesaria es muy pequeña.
  • 47. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 46 4.5.1. Ánodos de sacrificio. Tanto de este sistema, como del sistema de protección por corrientes impresas se habla más extensamente en el apartado 8.1 y 8.2 respectivamente de la 2ª parte de este trabajo. Se trata de unir la estructura a proteger a un metal más electronegativo que actúa como ánodo y se corroe. Ejemplos : La protección de las tuberías subterráneas de acero se lleva a cabo uniéndolas mediante un conductor a placas de Zn o Mg; en el caso de los navíos se protege de la acción perjudicial de la hélice (de latón y bronce) con electrodos de Zn o Mg (electrógenos), colocados en su proximidad (Fig. 1). Fig. 1
  • 48. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 47 4.5.2. Corrientes impresas. Se hace circular una corriente continua, producida por un generador exterior, a través del medio corrosivo, entre un ánodo muy resistente a la corrosión y la pieza que actúa de cátodo. Los oleoductos y tuberías subterráneas se protegen por este procedimiento. Consiste en conectar el metal a proteger al polo negativo (cátodo) de una fuente de alimentación de corriente continua, y el positivo al ánodo (electrolito auxiliar, chatarra). La energía eléctrica necesaria para el proceso de protección es generada, en el caso de los barcos, a bordo del buque, extrayéndola de un generador. El problema es que se provoca un potencial altamente negativo en las zonas adyacentes al ánodo, con lo cual se provoca la destrucción de los sistemas de pintura. Aunque habrá que pintar, ya que de lo contrario, la demanda de corriente sería muy superior. 4.6. Protección por el empleo de metales autoprotectores. Uno de los procedimientos más sencillos para proteger las piezas contra la corrosión y la oxidación, es fabricarlas con metales autoprotectores, es decir, metales que tengan la suficiente resistencia contra la oxidación y corrosión que haga innecesaria la aplicación de ninguna protección adicional. Así el cromo, el níquel, el platino, el oro, el tántalo y el wolframio, entre otros, son muy resistentes a la oxidación y corrosión atmosférica y a la acción de muchos ácidos. Pero su elevado precio impide su utilización salvo para aplicaciones científicas. Unicamente se emplea en gran escala el plomo para muchas aplicaciones anticorrosivas, entre ellas el revestimiento de las cámaras de fabricación de ácido sulfúrico.
  • 49. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 48 En cambio, se emplean mucho las aleaciones autoprotectoras, que son más económicas y además tienen, en general, mejores características que los metales puros, para muchas aplicaciones. Las aleaciones anticorrosivas que más se emplean son los aceros inoxidables y las aleaciones de níquel. 4.6.1. Aceros inoxidables. Con el nombre genérico de aceros inoxidables se conoce una serie de aceros resistentes a la corrosión atmosférica, a los ácidos y álcalis y también a la oxidación a temperaturas no muy elevadas. La inoxidabilidad de los aceros inoxidables es relativa. Aumenta la resistencia a ciertos tipos de corrosión, manteniendo la superficie lisa, limpia y brillante. Sometidos a otros ambientes corrosivos se comportan peor que algunos tipos de aceros ordinarios La solución para proteger de la oxidación y corrosión a los aceros consiste generalmente en incorporar a su composición cromo en la proporción suficiente, entre un 15-30 por ciento, para que forme en la superficie de la pieza una capa de oxido lo suficientemente compacta e impermeable que proteja el resto del metal de la oxidación y corrosión. A continuación se trata la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables: Necesitamos un ambiente oxidante para formar la película de oxido que parece ser la causa de la inoxidabilidad de estos aceros. Con un 11,5 por 100 de cromo, que es la mínima proporción contendida en estos aceros, la atmósfera normal es capaz de formar la película protectora. Aun cuando los aceros con 12 por 100 de cromo resisten el poder oxidante atmosférico con el tiempo acaban corroiendose si prestan servicio a la intemperie. A medida que aumenta el riesgo de corrosión por las condiciones en que deba trabajar el acero, es preciso aumentar la proporción de cromo para favorecer así la formación de películas protectoras; sin embargo, la resistencia al ataque corrosivo no aumenta proporcionalmente al aumento de cromo. No obstante, a partir de cierto
  • 50. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 49 porcentaje podemos garantizar la formación de una película protectora que, en líneas generales, será suficiente. La adición del 6 al 7 por ciento de níquel aumenta la resistencia a la corrosión. Un contenido en cromo de 18 por 100 es suficiente para preservar de la oxidación en las más rigurosas condiciones atmosféricas. El acero normal 18-8 permite asegurar una duración de doce años. Los aceros inoxidables no son atacados por el ácido nítrico y otros ácidos oxidantes. Estos mismos aceros resisten mal la acción de otros ácidos, tales como el clorhídrico o fluorhídrico, y son atacados por las sales de ellos (cloruros, fluoruros, bromuros y ioduros). En la industria se usan frecuentemente sustancias limpiadoras a base de cloruros, para mejorar el aspecto de los aceros inoxidables. Debe tomarse todo tipo de precauciones, porque 40 minutos es el tiempo límite de ataque. El ácido sulfúrico marca la frontera entre unos y otros, ya que en algunas circunstancias es inofensivo y en otras ataca fuertemente. Tanto el efecto de los ácidos como el de las sales varía con las condiciones de servicio y con la concentración del agente corrosivo, y por otra parte, depende del tipo de acero de que se trate. Para obtener la máxima resistencia a la corrosión en estos aceros, es recomendable mantenerlos limpios y pulidos, para preservar la superficie de sustancias extrañas que pueden albergarse en los pequeños poros superficiales. En el caso de aceros inoxidables templables, se logra la máxima resistencia a la corrosión una vez que hayan sido sometidos a tratamiento térmico. Todos estos aceros deben pasivarse. Los aceros inoxidables pueden ser: Martensíticos, ferríticos o austeníticos, conteniendo estos últimos níquel en bastante proporción para, contrapesando la acción del cromo, conseguir el estado austenítico a la temperatura ambiente. A veces contienen también los aceros inoxidables
  • 51. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 50 pequeñas cantidades de otros elementos, como wolframio, molibdeno, titanio, etc., cuya misión es aumentar la resistencia a la corrosión en ciertos casos particulares. Los aceros martensíticos se denominan así por admitir el temple y quedar, por tanto, con estructura martensítica cuando están bien templados. Contienen del 12 al 15 por ciento de cromo y del 0 al 2 por ciento de níquel, con porcentajes de carbono variables desde el 0,08 al 0,60 por ciento. Estos aceros resisten la corrosión de ácidos débiles y la oxidación hasta temperaturas de 700º. Los aceros ferríticos conservan la estructura ferrítica a cualquier temperatura. Son también aceros al cromo, conteniéndolo hasta en un 27 por ciento. Resisten mejor la corrosión que los acero martensíticos, y pueden calentarse sin oxidarse hasta 1150º Los aceros austeníticos se mantienen en estado austenítico a la temperatura ambiente, no transformándose la austenita, ni por calentamiento ni por enfriamiento rápido, en otros constituyentes. Son generalmente aceros al cromo-níquel, con porcentajes variables de estos dos elementos y porcentajes más pequeños de otros, como molibdeno, silicio, wolframio, etc. Hay también aceros que resisten la corrosión mejor que el acero ordinario y que pudieran calificarse de simi-inoxidables, como son los acero al cobre, al níquel-cobre y también los de baja aleación de cromo (del 2 al 6 por ciento), y que se emplean mucho en la industria del petróleo (se habla de todos ellos en el punto siguiente). • Los aceros inoxidables pertenecen a tres grupos principales: los aceros al cromo, aceros al cromo-níquel y aceros al níquel. a) Aceros al cromo.- el elemento aleado que más influye en la resistencia a la corrosión y oxidación de los aceros es el cromo, atribuyéndose su influencia en este
  • 52. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 51 sentido a la formación de una capa de oxido de cromo muy fina que protege el interior de la pieza e impide que prospere la corrosión y la oxidación. Los aceros con una composición del 12 al 15 por ciento de cromo, y martensíticos después del temple al aire, impiden totalmente la corrosión en ambiente húmedo. Se utilizan para cuchillería, álabes de turbinas, ejes de bomba, etc. El temple y revenido les da la máxima inoxidabilidad y, al mismo tiempo, un excelente limite elástico. Resisten sin oxidarse temperaturas de 750º. Los aceros de menos del 0,12 por ciento de carbono y 15 al 30 por ciento de cromo son ferríticos y no adquieren, por tanto, temple. Se utilizan en la industria alimenticia y en la del ácido nítrico. Resisten sin oxidarse temperaturas de 850º a 1050º, según el contenido en cromo. b) Aceros al cromo-níquel austeníticos.- La aleación de níquel mejora aun más la resistencia a la corrosión de los aceros al cromo, creyéndose que esto se debe a que favorece la formación y da más estabilidad a la capa superficial del oxido. El acero 18-8 (18 por ciento de cromo y 8 por ciento de níquel) es el más utilizado, aunque se emplean también los de 12-12 y 25-20. El cromo le da la inoxidabilidad, y el níquel tiene por objeto obtener un estado austenítico homogéneo a la temperatura ambiente, en cuyo estado presenta el acero una resistencia química a la corrosión, muy elevada para numerosos reactivos. En particular resiste indefinidamente a la acción del agua del mar. Resisten también los aceros al cromo-níquel austeníticos temperaturas de 950º a 1150º. Un grave inconveniente de los aceros inoxidables 18-8 con el 0,10 por ciento de carbono, es que están en el límite de la austenita estable. Cuando se calientan entre 500º y 850º, particularmente cuando se quiere soldar, se deposita carburo de cromo en el contorno de los granos. El carbono y el cromo necesarios para la formación de una partícula de carburo provienen de las partes adyacentes de la austenita que quedan empobrecidas de cromo, y si este contenido queda inferior al 12 por ciento, puede sufrir corrosión intergranular.
  • 53. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 52 Para remediar este inconveniente puede recurrirse a tres procedimientos: • Disminuir la proporción de carbono del acero hasta un 0,02 por ciento, con cuyo contenido de acero 18-8 es insensible a la corrosión intergranular. • Incorporar titanio o niobio, que son elementos muy ávidos de carbono, con el que forman carburos y dificultan la formación de carburo de cromo. • Elevar el contenido de cromo y disminuir el de níquel para obtener una estructura mixta de austenita y ferrita. c) Aceros al níquel.- los aceros con un 25 a un 35 por ciento de níquel y un 2 por ciento de cromo resisten mejor que los anteriores, a base de cromo y cromo-níquel, la acción del ácido clorhídrico y sulfúrico. Nota.- Se ha de aclarar que no existe ningún acero totalmente resistente a todos los agentes corrosivos. Para cada clase de corrosión, hay un tipo de acero que mejor la resiste, que es el que debe de ser empleado. También tiene mucha importancia la estructura del material. Así, por ejemplo, si el cromo esta en forma de carburo, no solamente no favorece la resistencia a la corrosión del acero, sino que puede ser causa de que se inicie la corrosión de los aceros por las zonas carburadas. 4.6.1.1.Soldadura de aceros inoxidables. Para unir entre sí aceros inoxidables o bien para unirlos a algún otro material, se pueden emplear distintos tipos de soldadura, incluso la soldadura fuerte con latón o la soldadura con estaño. Antiguamente el procedimiento más utilizado para soldar aceros inoxidables era la soldadura al arco, hoy día este procedimiento se ha perfeccionado protegiendo la soldadura con atmósfera inerte. Las particulares características de resistividad de los aceros inoxidables hacen de él un material muy adecuado para la soldadura por resistencia.
  • 54. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 53 Los aceros al cromo-níquel son los que mejor admiten la soldadura, pero son también los más propensos a la sensitización. Los aceros de tipo ferrítico están sujetos al riesgo de crecimiento de grano cuando se les calienta fuertemente; por esta razón no deben emplearse en aquellos casos en que sea preciso soldar, salvo que sus restantes características los hagan imprescindibles. Esto mismo ocurre con los de tipo martensítico. También se utiliza la soldadura con plata para unir aceros inoxidables, pero la gran cantidad de calor que hay que aportar hace que este sistema sea prohibitivo cuando se trate de aceros templables al cromo y puede causar un regruesamiento del grano en los aceros de tipo martensítico. Cuando se suelden por este procedimiento aceros austeníticos, debe realizarse la operación tan rápidamente como sea posible, a no ser que se trate de un acero estabilizado. También se utiliza mucho en los aceros inoxidables la soldadura suave. 4.6.2. Otras aleaciones autoprotectoras. Se emplean también aleaciones autoprotectoras a base de níquel, cobre y aluminio, de las cuales las más importantes son: Inconel (80 por ciento de níquel, 14 por ciento de cromo, 6 por ciento de hierro), que se utiliza mucho en la industria lechera; el Hastelloy B (62 por ciento de níquel, 30 por ciento de molibdeno y 5 por ciento de hierro), que resiste muy bien el ácido clorhídrico; el metal Monel (67 por ciento de níquel, 30 por ciento de cobre, 1,4 por ciento de hierro, 1 por ciento de Mn y 0,15 por ciento de carbono); los cuproaluminios (del 6 al 12 por ciento de aluminio), muy utilizados en tubos de condensadores, monedas, etc. Además hay otros materiales férricos que resisten la corrosión atmosférica, y que se emplean en construcciones metálicas que deben permanecer a la intemperie, para las que el precio hace prohibitivo el empleo de los aceros inoxidables. En primer lugar, puede citarse como “material semi-inoxidable” el hierro Armco, cuya composición es 0,012 por ciento de C, 0,017 por ciento de Mn, 0,005 por ciento de P y 0,025 por ciento de Si.
  • 55. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 54 Los denominados hierros o aceros al cobre que se emplean en la construcción de puentes metálicos. Una composición muy utilizada es la siguiente: 0,15 por ciento de C, 0,60 por ciento de Mn, 0,40 por ciento de Cu, 0,025 por ciento de S y 0,018 por ciento de P. También pueden considerarse como semi-inoxidables los aceros al 5 por ciento de cromo, empleados en la construcción de tuberías para la industria del petróleo y cuya resistencia a los gases sulfurosos es más de cinco veces mayor que la del acero ordinario. La composición media de estos aceros es: 0,05-0,25 por ciento de C, 0,50 por ciento de Mn, 0,5 por ciento de Si, 4-6 por ciento de Cr. A veces llevan pequeños porcentajes de W, Mo, Al, Cu, etc., inferiores siempre al 1 por ciento. 4.6.3. Aceros refractarios. Bajo la denominación de aceros refractarios se conocen una serie de materiales que resisten sin oxidarse y conservan buena resistencia mecánica a elevadas temperaturas. De los aceros que hemos citado como inoxidables en los párrafos precedentes, los más resistentes a la oxidación son el acero ferrítico al 27 por ciento de cromo y los austeníticos cromo-níquel de 25-20 y 25-12. Todos se conservan sin formar cantidad apreciable de cascarilla hasta los 1000º. Sin embargo, no basta con no oxidarse, sino que es, además, necesario que conserven buena resistencia a temperaturas elevadas. La resistencia de los aceros disminuye mucho en caliente, sobre todo a partir de los 450º. Se han realizado ensayos para determinar la carga máxima que pueden resistir los aceros a 500º, y además las carga que pueden resistir a esa temperatura sin que se rompan en el plazo de mil horas, siendo esta carga muy inferior a la primera. Los aceros más resistentes a elevadas temperaturas son los cromo-níquel austeníticos.
  • 56. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 55 Resumiendo lo expuesto, se pueden recomendar para la fabricación de piezas que deben resistir a elevadas temperaturas, las siguientes clases de aceros: • Aceros inoxidables férricos al 27 por ciento de cromo.- acero 25-20 y el acero 18-8 cromo-níquel clásico. • Aceros inoxidables austeníticos.- con molibdeno • Aleaciones férricas para resistencia eléctrica.- aleaciones de hierro-cromo- aluminio. • Aleaciones especiales para turbinas de gas.- aleaciones de níquel hasta del 40 al 80 por ciento (Inconest, Hastellov), o bien aleaciones de cobalto del 50 al 70 por ciento (aleaciones Haynes). 5. PROPAGACION DE LA CORROSION. Según tenga lugar el ataque corrosivo, se puede clasificar en corrosión uniforme, corrosión localizada, o corrosión combinada. A menudo la corrosión del metal atañe a toda la superficie, como cuando el hierro permanece expuesto sin protección alguna a la acción de los agentes atmosféricos: ataque generalizado más o menos uniforme. Ejemplos de corrosión generalizada y localizada. A: las áreas sombreadas muestran el metal afectado por la corrosión y las áreas en blanco el metal sin afectar. B: perfiles de ataque en cada caso.
  • 57. ANALISIS DEL FENOMENO DE LA CORROSION EN MATERIALES DE USO TECNICO: METALES. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION. AUTOR: FRANCISCO LUIS CUESTA FERNANDEZ D.N.I.: 30.819.442-V 56 Otro tipo de ataque, también frecuente, es el que actúa exclusivamente sobre determinadas áreas de la superficie, y que puede conducir al fallo prematuro de una pieza o estructura sin afectar apenas al resto (la mayor parte) de la superficie metálica; el ataque localizado tiende a profundizar mucho más rápidamente que la corrosión generalizada, pudiendo ser en extremo peligroso. 5.1. Corrosión localizada Es aquella que tiene lugar en zonas determinadas del metal, repartidas desigualmente, y progresando de modo irregular. El metal queda picado, terminando en general por quedar con grandes rugosidades en su superficie. En este caso, la capacidad de deformación del metal disminuye más rápidamente de lo que podía esperarse por la pérdida de masa. Ejemplo de este tipo de corrosión es el del agua del mar sobre el hierro. La morfología y el mecanismo del ataque localizado presenta multitud de modalidades con arreglo a las circunstancias. Tanto en la aparición y desarrollo del fenómeno como en la distribución de las áreas afectadas ejercen un papel de primer orden las desigualdades de composición química, de estado electroquímico y geométricas. En general, cabe distinguir entre ataque localizado como resultado de la acción de factores macroscópicos y ataque localizado sobre superficies aparentemente homogéneas.