TIPOS DE CORROSIÓN
La corrosión es una reacción química (oxido
reducción) en la que intervienen 3
factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una
reacción electroquímica.
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales
a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el
acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). Sin embargo,
la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta
temperatura, etc.).
Es un
problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una
pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada
pocos segundos se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de
unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles
en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el
mundo, constituyen una cantidad importante.
La corrosión
es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de
química y de física (físico-química).
CORROSIÓN
Cuando dos o más diferentes tipos de
metal entran en contacto en presencia de un electrolito, se forma una celda galvánica porque metales diferentes tienen
diferentes potenciales
de electrodo o de reducción. El electrolito
suministra el medio que hace posible la migración de iones por lo cual los iones metálicos en
disolución pueden moverse desde el ánodo al cátodo. Esto lleva a la corrosión del metal
anódico (el que tienen menor potencial de reducción) más rápidamente que de
otro modo; a la vez, la corrosión del metal catódico (el que tiene mayor
potencial de reducción) se retrasa hasta el punto de detenerse. La presencia de
electrolitos y un camino conductor entre los dos metales puede causar una
corrosión en un metal que, de forma aislada, no se habría oxidado. Incluso un solo tipo de metal puede
corroerse galvánicamente si el electrolito varía en su composición, formando
una celda
de concentración.
Un ejemplo bastante más espectacular
ocurrió en la Estatua de la Libertad, cuando el mantenimiento periódico en la
década de 1980 demostró que la corrosión galvánica había tenido lugar entre el
recubrimiento exterior de cobre y la estructura de soporte, de hierro forjado.
Aunque el problema se había previsto cuando la estructura fue construida por Gustave Eiffel siguiendo el diseño de Frédéric
Auguste Bartholdi en
la década de 1880, el aislamiento de goma laca entre los dos metales se
deterioró tras un período, y dio lugar a la oxidación de los soportes de
hierro. Durante la renovación se sustituyó el aislamiento original por PTFE.
La estructura estaba lejos de estar en peligro debido a la gran cantidad de
conexiones no afectadas, pero fue considerado como una medida de precaución ya
que es considerada un símbolo nacional de EE.UU...
Un ejemplo anterior ocurrió en la fragata de la Royal Navy HMS
Alarm. El casco
de madera de la embarcación había sido revestido de cobre para evitar el ataque
de los percebes. Pronto se descubrió que la cubierta
se había desprendido del casco en muchos lugares, porque los clavos de hierro que habían sido utilizados para fijar
el cobre a la madera se habían corroído completamente. Una
inspección más detallada reveló que algunos clavos, que estaban menos
corroídos, estaban aislados del cobre por un papel marrón que estaba atrapado
bajo la cabeza del clavo. El cobre había sido entregado al astillero envuelto
en el papel que no se quitó antes de que dichas planchas fueran clavadas al
casco. La conclusión obvia, pues, y la que figura en un informe al Almirantazgo
de 1763, fue que no se debe permitir el contacto directo del hierro con el
cobre en un entorno de agua de mar si se quiere evitar una severa
corrosión del hierro. Más tarde, los buques se han diseñado teniendo esto en
cuenta. No sólo el agua de mar era un electrolito muy bueno, debido a su alta
concentración de sal, sino que el ataque de los clavos fue
favorecido por su área de exposición tan pequeña en comparación con el de la
cubierta de cobre del casco.
CORROSIÓN UNIFORME
En este tipo
de corrosión el metal se disuelve uniformemente en toda su superficie. La
estructura pierde una capa de metal cuyo espesor estará determinado, por la
velocidad con que se produce el ataque y el tiempo de exposición al medio
agresivo. Ésta es una forma bastante rara de corrosión y
con frecuencia lo que parece una corrosión uniforme en realidad se inicia como
un ataque localizado en ciertos puntos o áreas de la superficie, una vez
oxidado, estos sitios se convierten en católicos invirtiéndose el fenómeno y
así el proceso continúa hasta alcanzar un aspecto uniforme. Algunas
normas de construcción de recipientes metálicos establecen lo que se conoce
como “corrosión allowance”, ó corrosión permitida que no es otra cosa que un
espesor adicional de pared metálica que se coloca para que la corrosión la
consuma durante un tiempo determinado y mientras tanto la estructura pueda
seguir en operación porque la pared tiene espesor suficiente para resistir la
condiciones de esfuerzo mecánico. Este criterio parte de dos premisas: la
corrosión es uniforme y no podemos hacer nada para evitar que ocurra. Los
casos reales en que ambas condiciones se cumplen son muy pocos.
CORROSIÓN POR BAJA TENSIÓN
La acción conjunta de un esfuerzo de tensión y un medio ambiente
corrosivo, dará como resultado en algunos casos, la fractura de una aleación
metálica. Las fracturas pueden seguir caminos Ínter cristalinos o
transcristalinos que a menudo presentan una tendencia a la ramificación.
Esquema estructural de la corrosión rotura por tensión
Los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en frío,
soldadura, tratamiento térmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa
durante la operación del equipo.
CARACTERÍSTICAS DE LA
CORROSIÓN DE FRACTURA POR TENSIÓN
a)
Para que esta corrosión
exista, se requiere un esfuerzo de tensión.
b)
Las fracturas se presentan
quebradizas en forma macroscópica, mientras que las fallas mecánicas de la
misma aleación, en ausencia de un agente corrosivo especifico, generalmente
presentan ductibilidad.
c)
La corrosión por esfuerzos
depende de las condiciones metalúrgicas de la aleación.
d)
Algunos medios ambientes
específicos, generalmente causan fractura en una aleación dada. El mismo medio
ambiente no causa fracturas en otras aleaciones. La corrosión por esfuerzo
puede ocurrir en medios ambientes considerados no agresivos para una aleación
dada, por ejemplo la velocidad de corrosión uniforme es baja hasta que se
presenta una fractura.
e)
Largos periodos de tiempo, a menudo años, pueden pasar antes de que las
fracturas sean visibles, pero entonces al presentarse, se propagan rápidamente con
el resultado de una falla inesperada.
La corrosión
bajo tensión se presenta en muchas aleaciones de uso industrial, pero no se ha
observado en metales puros, excepto bajo condiciones muy extremas de
laboratorio, históricamente el primer caso de corrosión bajo tensión
corresponde a la llamada corrosión estacional (season cracking), que se
presentaban en cartuchos de latón conformados en frío, en atmósferas
amoniacales húmedas, y aparecían con mayor frecuencia, por lo tanto, durante la
épocas más húmedas del año.
Las grietas
suelen iniciarse en el punto de máxima concentración de tensiones y se propaga
en planos macroscópicamente perpendiculares a la tensión aplicada, conduciendo
el agrietamiento a la disminución de la sección útil del material, lo que puede
dar lugar a roturas catastróficas.
CORROSIÓN POR EROSIÓN
La importancia relativa del desgaste
mecánico y de la corrosión es a menudo difícil de determinar, y varía
considerablemente de una situación a otra. El papel de la erosión se atribuye generalmente a la
eliminación de películas superficiales protectoras: por ejemplo, las películas
protectoras formadas por el óxido generado por el aire. Un metal oxidado
ralentiza su deterioro porque la superficie ya oxidada dificulta que el
interior continúe oxidándose. Si por ejemplo el polvo o la arena,
impulsadas por el viento, eliminan esa capa exterior de óxido, el metal
continuará deteriorándose al haber perdido su protección.
La
corrosión por erosión tiene generalmente el aspecto de pequeños hoyos lisos. El
ataque puede también exhibir un patrón direccional relacionado con la
trayectoria tomada por el corroyente, al igual que por movimientos sobre la
superficie del metal. La corrosión por erosión prospera en condiciones de alta
velocidad, turbulencia, choque, etc. De manera frecuente, aparece en bombas, mezcladores y tuberías, particularmente
en curvas y codos. Las partículas en suspensión duras son también frecuentes
causantes de problemas. Estos se evitan mediante cambios en el diseño, o
seleccionando un material
más resistente.
Este material, además de ser más duro, generalmente debe presentar una
resistencia a la corrosión superior incluso en condiciones estancadas o sin movimiento
de fluidos.
Al combinar la acción del ataque
químico y la abrasión mecánica o
desgaste, como consecuencia del
movimiento de un fluido, se origina la corrosión por erosión.
Potencialmente, todas las aleaciones
metálicas son susceptibles de experimentar corrosión por erosión en mayor o menor grado. Este tipo de corrosión
perjudica especialmente a las aleaciones
que se pasaban formando una película superficial protectora; la acción abrasiva puede erosionar la película dejando
al descubierto la superficie metálica.
Si la película protectora no es capaz de autogenerarse continua y rápidamente,
la corrosión puede ser severa.
La corrosión por erosión se suele presentar en tuberías, especialmente en codos, ángulos y cambios bruscos de diámetro: posiciones donde el fluido cambia de dirección y suele convertirse en turbulento.
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