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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO “Tipos de corrosión” Raziel Omar Flores Martínez Materia. Corrosión y degradación de los materiales Catedrática. Dr. Efraín Almanza Casas Ingeniería en Materiales Saltillo, Coahuila. Mayo 2020 Corrosión La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna. Tipos de corrosión Corrosión uniforme La corrosión uniforme se puede definir como el acoplamiento eléctrico de dos electrodos reversibles infinitamente cercanos. Esta definición implica que la proximidad espacial de los dos electrodos permite que se pasen por alto los efectos óhmicos debidos a la resistencia a los electrolitos. Donde no hay resistencia eléctrica entre los sitios anódico y catódico, no puede existir un gradiente potencial en el espacio. Como consecuencia, el potencial de equilibrio del sistema acoplado es uniforme. Este es un ataque uniforme y general, en el que toda la superficie del metal expuesta al ambiente corrosivo se convierte en su forma de óxido. Es el adelgazamiento uniforme de un metal sin ningún ataque localizado, la corrosión no penetra muy profundamente en el interior, y el ejemplo más común es la oxidación del acero en el aire. Se supone que la corrosión uniforme es la forma más común de corrosión y es particularmente responsable de la mayor parte de la pérdida de materiales. Fig. 1 Corrosión uniforme de un tanque de almacenamiento de gas Esta corrosión resulta del desplazamiento continuo de las regiones de ánodo y cátodo de la superficie de un metal en contacto con el electrolito y conduce a un ataque corrosivo casi uniforme en toda la superficie. Esta corrosión no es considerada la corrosión más dañina debido a estos factores: • La predicción de la velocidad de reducción de espesor se puede realizar mediante pruebas simples. Se puede agregar la capacidad de corrosión correspondiente teniendo en cuenta la resistencia del material y su vida util. • Se puede retrasar fácilmente o evitar con el uso de recubrimientos. Corrosión galvánica La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales con diferentes potenciales electroquímicos o con diferentes tendencias a la corrosión están en contacto metal con metal en un electrolito corrosivo. Cuando se unen dos metales con potenciales diferentes, como el cobre (+0.334 V) y el hierro (-0.440 V), se forma una celda galvánica. Una celda en la que el cambio químico es la fuente de energía, se llama celda galvánica. La corrosión causada por la formación de la celda galvánica se llama corrosión galvánica. La fuerza impulsora de la corrosión es una diferencia potencial entre diferentes materiales. No toda la corrosión galvánica es perjudicial. El acero recubierto de zinc, o galvanizado, se usa para proteger el acero, no porque el acero sea resistente a la corrosión, sino porque el zinc, que es anódico al acero, se corroe preferentemente. Por lo tanto, el acero se protege catódicamente al convertir las áreas expuestas de acero en cátodos. Fig. 2 Esquema representativo de la corrosión galvánica entre dos metales Los factores que influyen en este tipo de corrosión son: • Posición de los metales en la serie galvánica • Naturaleza del ambiente • Área, distancia y efecto geométrico. • Gradiente de potenciales entre los dos metales Fig. 3 Corrosión galvánica de un tornillo y una tuerca de distintos materiales. Corrosión por picadura Las picaduras son un ataque extremadamente localizado que eventualmente resulta en agujeros en el metal. Es una de las formas de corrosión más destructivas e insidiosas. Básicamente, las aleaciones sujetas a picaduras son aquellas que dependen de una película de óxido para su protección, como los aceros inoxidables. La condición más importante es que el metal debe estar en un estado pasivo para que se produzcan picaduras. Estado pasivo significa la presencia de una película sobre una superficie metálica. El acero y el aluminio tienden a volverse pasivos, sin embargo, los metales que se vuelven pasivos por la formación de película tienen una alta resistencia a la corrosión uniforme. El proceso de picadura destruye esta película protectora en ciertos sitios, lo que resulta en la pérdida de pasividad y el inicio de fosas en la superficie del metal. Cabe recordar que la pasividad es un fenómeno que conduce a una pérdida de reactividad química. Los metales, como el hierro, el cromo, el níquel, el titanio, el aluminio y también el cobre, tienden a volverse pasivos en ciertos entornos. El inicio de la picadura puede ser resultado de lo siguiente: • Ataque químico, así como el cloruro férrico o agua de mar aireada en el acero inoxidable. • Ataque mecánico, como impactos o cizalladuras que eliminen parte de la capa protectora de oxido. Fig. 4 Diagrama representativo de la corrosión por pitting Para que la corrosión por pitting se lleve a cabo es prerrequisito la formación de un ánodo. Este puede ser formado por los siguientes factores: • Falta de homogeneidad en la interfaz corrosiva del metal. La falta de homogeneidad en la superficie del metal es causada por impurezas, límites de grano, superficie rugosa, etc. La diferencia en los ambientes puede causar, por ejemplo, la formación de células de concentración en la superficie del metal. • Destrucción de una película pasiva. La destrucción de una película pasiva da como resultado la formación de un pequeño ánodo. Por lo tanto, un avance de la película protectora sobre la superficie del metal da como resultado varios sitios anódicos y la superficie circundante actúa como un cátodo. Por lo tanto, resulta una relación de área desfavorable. • Depósito de escombros o sólidos en la superficie metálica. Esto generalmente conduce a la formación de sitios anódicos y catódicos. • Formación de una celda activa-pasiva con una gran diferencia de potencial. La formación de un pequeño ánodo en la superficie pasiva de acero, por ejemplo, conduce a la formación de la celda anterior. Fig. 5 Corrosión por pitting Corrosión por rendija (Crevice corrosion) La corrosión por grietas es un ataque localizado que ocurre cuando las grietas, las juntas traslapadas o las áreas de protección parcial están expuestas a ambientes corrosivos. Dichas celdas resultantes se denominan celdas de concentración. Dos casos comunes son las celdas de oxígeno y las celdas de iones metálicos. Sin tomar en cuenta el material, comunmente una condicion para la corrosión por rendija es la formacion de ambientes localizados, estos pueden ser muy diferentes al ambiente al que esta expuesto el volumen general, por lo tanto, resulta en la formacion de celdas con oxigeno a diferente concentracion. Uno de estos casos puede ser cuanddo el oxigeno dentro de la rendija es consumido, mientras la superficie que esta expuesta tendra un facil acceso al oxigeno y pasa a ser catodica en relacion al area de la rendija. Fig. 6 Esquema de la corrosion por rendija debido a una concentracion de oxigeno Otro caso es la formación de celdas con diferentes concentraciones de iones metálicos, comúnmente esto ocurre en las aleaciones de cobre, el área dentro de la rendija se convierte en catódica y la superficie exterior expuesta se convierte en anódica. Fig. 7 Esquema de la corrosión por rendija debido a una variacion en la concentracion de iones metalicos. Corrosión por erosión La corrosión por erosión resulta de un flujo de electrolitos de alta velocidad cuya acción abrasiva acelera la corrosión. Esta corrosión es especialmente severa cuando el electrolito contiene sólidos en suspensión.El efecto que produce esta corrosión es eliminar un óxido protector de la superficie de la película, exponiendo así la aleación nueva a la corrosión. Corrosión por erosión podría considerarse como picadura en una escala mucho mayor. Este tipo de corrosión tiene la característica de que es su superficie se aprecian irregularidades y ondulaciones. Fig. 8 Esquema de la corrosión por erosión a medida que avanza Corrosión por cavitación Se genera por el contacto de la superficie del metal con algún líquido, formando burbujas en su superficie. Es un fenómeno semejante al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos, dando lugar a picaduras en forma de panal. Una diferencia de presiones estimula la formación de gas y consecuentemente burbujas dentro del fluido. Estas burbujas al interactuar con algunas zona de alta presión, colapsan y provocan una serie de choques explosivos en la superficie lo cual provocara picaduras y deformación. Este tipo de corrosión se logra apreciar al principio como ligeros puntos o cráteres. Fig. 9 Hélice de un barco corroída por cavitación Corrosión intergranular A nivel microscópico, los metales y sus aleaciones tienen regiones pequeñas y distinguibles llamadas granos. Dentro de un grano individual, la orientación de los átomos es la misma. Los granos individuales tienen diferentes orientaciones y el límite entre los granos se llama límite de grano. Normalmente, los límites de grano no son más reactivos a la corrosión que el grano mismo. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, los límites del grano se alteran del grano mismo por impurezas y / o enriquecimiento (o agotamiento) de uno de los elementos de aleación. El tratamiento térmico y la soldadura pueden provocar cambios en la composición del metal, lo que puede provocar corrosión intergranular. En casos severos, la corrosión intergranular puede conducir a una marcada disminución en las propiedades mecánicas y, en casos extremos, puede convertir el metal en una pila de granos individuales. La corrosión se desplaza por los limites de grano y en situaciones graves el grano entero puede ser desalojado, esto debido a que los limites de grano sufren una deterioración completa. Fig. 10 Imagen metalográfica a 100 aumentos de la aleación de aluminio AA2024 con el tratamiento térmico T 2 , tras 6 horas de inmersión en NaCl+H 2 O 2 . Corrosión intergranular. Corrosión por fatiga La corrosión por fatiga se puede definir como la reacción del material a la carga cíclica (fatiga) combinada con un ambiente agresivo (corrosión). Este tipo de corrosión promueve la formación de grietas superficiales, las cuales con el avance de esta en el medio corrosivo y por las cargas cíclicas a las que esta expuesto el material. Esto da como resultado la falla total del componente. Fig. 11 Esquema e imágenes de la corrosión por fatiga. Corrosión bajo tensión (SCC Stress Cracking Corrosion) El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) se define como el crecimiento de grietas debido a la acción simultánea de una tensión (nominalmente estática y de tracción) y un entorno reactivo. SCC es el resultado de las interacciones combinadas y sinérgicas del estrés mecánico y las reacciones de corrosión / oxidación. El tipo de materiales, los tipos de carga y los tipos de entornos afectan el agrietamiento por corrosión bajo tensión, incluido el inicio y la propagación. Se resumen algunos factores que contribuyen al SCC, enfatizando dos características principales del SCC: localización y aceleración de las reacciones de oxidación. La superficie del material no sufre daños notables, pero en este se forman grietas delgadas con una penetración alta. Estas grietas se pueden presentar de manera transgranular o intergranular. Debido a estos factores, este tipo de corrosión es de las más perjudiciales ya que su detección es muy complicada y la falla inminente sin previo conocimiento puede afectar a los componentes aledaños u algún operador. Fig. 12 Metalografía de un metal corroído bajo tensión. Referencias François, R., Laurens, S., & Deby, F. (2018). Steel Corrosion in Reinforced Concrete. Corrosion and Its Consequences for Reinforced Concrete Structures Ahmad, Z. (2006). TYPES OF CORROSION. Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control He, X., Pearson, I., & Young, K. (2008). Self-pierce riveting for sheet materials: State of the art. Journal of Materials Processing Technology, EN380 Naval Materials Science and Engineering Course Notes, Chapter 5, Corrosion types Bethencourt, Manuel & Sánchez-Amaya, Jose & Botana, Javier & Cano, M.J. & Osuna, R.M.. (2004). Detección de la corrosión intergranular mediante Ruido Electroquímico. Saintier, N., El May, M., Odemer, G., Hénaff, G., Bosch, C., Feaugas, X., & Couvant, T. (2019). Corrosion and Hydrogen Fatigue at Different Scales. Mechanics - Microstructure - Corrosion Coupling,
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