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LA CORROSIÓN COMO UN PROCESO INVERS0 A LA METALURGIA. METALURGIA. ADICIÓN DE ENERGÍA. Tubería enterrada. CORROSIÓN. Tanque de almacen. ACCIÓN DEL AMBIENTE (Humedad, contaminates, etc.). Concentración Refinación Fusión en horno eléctrico Colada Laminación Forja.

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LA CORROSIÓN COMO UN PROCESO INVERS0 A LA METALURGIA

METALURGIA

ADICIÓN DE ENERGÍA

Tubería enterrada

CORROSIÓN

Tanque de

almacen.

ACCIÓN DEL AMBIENTE

(Humedad, contaminates, etc.)

  • Concentración
  • Refinación
  • Fusión en horno eléctrico
  • Colada
  • Laminación
  • Forja

SUBSUELO (Mineral de hierro: óxidos, sulfuros)

HERRUMBRE (óxido de hierrro hidratado)

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NORMA ISO 8044

“ Interacción físico-química entre un metal y su medio ambiente, que ocasiona modificaciones en las propiedades del metal y, a menudo, una degradación de las funciones del metal, del medio o del sistema técnico constituido por ambos ”.

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La corrosión es por tanto un proceso natural y espontáneo

METALES NOBLES

METALES ACTIVOS

Cuanto mayor ha sido la energía gastada en la obtención del metal, tanto mayor será la facilidad para corroerse

CORROSIÓN = CÁNCER DE LOS METALES

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IMPORTANCIA DE LA CORROSIÓN

FACTOR SEGURIDAD

Fallas por corrosión de equipos o sistemas técnicos con consecuencias de pérdida de vidas humanas

FACTOR CONSERVACIÓN

Las fuentes de los metales (minerales), reservas de aguas, etc. son limitados.

FACTOR ECONÓMICO

Gastos directos e indirectos ocasionados por la corrosión y por los métodos de prevención

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COSTOS DE LA CORROSIÓN

  • a) COSTOS DIRECTOS
  • Reemplazo o reparación de estructuras, maquinarias o de componentes corroídos (tuberías, piezas de bombas, fondos de tanques de almacenamiento).
  • Empleo de medidas de prevención (pinturas, aleaciones especiales, inhibidores, etc.)
  • Capacitación de personal en temas de corrosión.
  • Pago a especialistas para evaluar daños por corrosión.
  • ESTOS COSTOS SON CUANTIFICABLES (MONTOS)
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COSTOS DE LA CORROSIÓN

COSTOS DE LA CORROSIÓN

  • b) COSTOS INDIRECTOS
  • Paralización de la actividad productiva para efectuar una repaación imprevista (Ejm. La reparación de una tubería en el oleoducto puede ocasionar un costo de algunos miles de dolares, pero la paralización para efectuar la reparación representa unos US $ 20 000 /hora).
  • Pérdidas de productos y explosiones provocadas por fugas (combustible, agua, gas, etc.).
  • Pérdida de eficiencia (transferencia de calor).
  • Sobredimensionamiento.
  • MUCHAS VECES ES DIFICIL DE CUANTIFICAR (MONTO)
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Tipos de corrosión según el mecanismo

  • Corrosión húmeda o de mecanismo electroquímico.
  • - Se da en presencia de humedad.
  • - El 80% de los casos de corrosión reportados pertenecen a este tipo.
  • Corrosión seca, oxidación directa o corrosión química.
  • - No existe película de humedad, es decir se da en un ambiente seco (altas temperaturas).
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Tipos de corrosión según la morfología

Corrosión Uniforme u homogénea:

Su penetración media es igual en todos los puntos de la superficie. Es la forma más benigna de corrosión.

Corrosión Localizada:

Ciertas áreas de la superficie se corroen más rápidamente que otras, debido a “heterogeneidades”.

La severidad del ataque puede ser variable (en un extremo: picadura).

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Corrosión por picaduras:

El ataque se localiza en un puntos aislados de superficies metálicas pasivas y se propaga hacia el interior del metal, en ocasiones en forma de túneles microscópicos; llegando incluso a perforarlo.

Corrosión intergranular:

El ataque se propaga a lo largo de los límites o bordes de grano del metal.

Corrosión bajo tensión o fisurante:

Se presenta cuando el metal está sometido simultáneamente un medio corrosivo y a tensiones mecánicas.

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Corrosión selectiva:

Se presenta en aleaciones compuestas de dos o más fases. Una de estas fases es removida selectivamente (ejm. Aleaciones Cu-Zn, latones)

Metal activo

Metal noble

Corrosión Galvánica:

Ocurre cuando entran en contacto dos materiales electroquímicamente diferen-tes (potencial electrodo).

No posee una morfología diferente. Se incluye por sus características “típicas”.

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Mecanismo de la corrosión electroquímica

  • Corrosión húmeda o de mecanismo electroquímico.
  • - Se da en presencia de humedad.
  • - El 80% de los casos de corrosión reportados pertenecen a este tipo.
  • Corrosión seca, oxidación directa o corrosión química.
  • - No existe película de humedad, es decir se da en un ambiente seco (altas temperaturas).
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Zona anódica

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

Zona catódica

Mecanismo de la corrosión electroquímica

La corrosión electroquímica o “húmeda” se debe a la actuación de pilas electroquímicas, las cuales generan sobre la superficie del metal zonas anódicas y zonas catódicas. En las zonas anódicas se da la disolución o corrosión del metal.

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Mecanismo de la corrosión electroquímica

CONDICIONES:

a) Debe existir una diferencia de potencial entre las diferentes zonas del material (generación de zonas anódicas y catódicas).

b) Debe existir un medio electrolítico (medio agresivo) que ponga en contacto con las zonas anódicas y catódicas.

c) Debe existir un agente oxidante (consumidor de electrones) disuelto en el medio agresivo.

d) Debe existir conexión eléctrica entre las zonas anódicas y catódicas.

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Fe2(OH) 

Fe  Fe+2 +2e-

½O2 + 2e- 2OH-

H2O

herrumbre

cátodo

cátodo

2e-

ánodo

ánodo

cátodo

Mecanismo de la corrosión electroquímica

Electrólito (agua)

METAL (Fe)

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Heterogeneidades responsables de las pilas de corrosión

a) Los metales estan constituidos por granos con un ordenamiento diferente.

b) La unión de los granos define un borde de grano que es más reactivo que el interior del mismo.

c) Los metales poseen impurezas que pueden actuar como partículas catódicas.

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Resquicio

(corrosión)

Resquicio

(corrosión)

Heterogeneidades del medio por generación de resquicios

a) Unión solapada

b) Zonas de contacto entre planchas metálicas amontonadas en un almacén

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Resquicio

(corrosión)

Grieta

cavidad

Raya o marca

Heterogeneidades del medio por generación de resquicios

c) Contacto de una superficie metálica con una partícula inerte (polvo).

d) Rayaduras sobre la superficie metálica, defectos en la solda-dura.

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Tornillo de latón

Metal corroído

Corrosión en el resquicio de la junta aislante

Aluminio

Aluminio

Corrosión galvánica en el contacto directo latón-aluminio

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POTENCIAL DE CORROSIÓN

Diferencia de potencial

Fe

e-

Fe+2

Fe+2

Fe+2

Fe+2

Fe+2

e-

Fe+2

e-

e-

Cuando se sumerge un material metálico en una solución acuosa, los átomos de mayor energía pasan a la solución como cationes.

Fe  Fe+2 +2e-

solución

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POTENCIAL DE CORROSIÓN

Voltímetro

Fe

Fe+2

2e-

Fe  Fe+2 +2e-

½O2 + 2e- +H2O  2OH-

½O2 + 2e- +H2O  2OH-

solución

medidas de protecci n contra la corrosi n
MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
  • MEDIDAS DE PROTECCIÓN SOBRE LOS MATERIALES:
  • PROTECCIÓN MEDIANTERECUBRIMIENTOS
  • - R. Orgánicos: Recubrimientos y revestimientos
  • - R. Inorgánicos: Esmaltado, cementado
  • - R. Conversión: Química (CROMATIZADO) y Electroquímica (ANODIZADO)
  • - R. METÁLICOS: Químicos, ELECTROQUÍMICOS, Inmersión en Caliente, Metalizado, Difusión, etc.
teor a de la electrodeposici n de metales
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • Proceso de electrodeposición de metales
  • Proceso electroquímico más utilizado en la industria, tanto por su interés teórico como tecnológico.
  • Consiste en la descarga de un metal sobre un electrodo llamado CÁTODO en contacto con una solución (electrolito), conteniendo iones de ese metal y en otro electrodo llamado ÁNODO se produce la disolución parcial del metal
  • Los iones a depositar: en forma simple Cu2+ o en forma de complejos Cu(CN)3=.
  • Electrólitos ácidos simples, el ión metálico (catión),está rodeado por una envoltura de hidratación: ión Cu++, esta como solvato, con cuatro moléculas de agua: Cu(H2O)4.
teor a de la electrodeposici n de metales23
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES

Al aplicar un potencial a los

electrodos sumergidos en la

soluciónlos iones cargados

eléctricamente se ponen en

marcha hacia uno de los dos

electrodo: los iones metálicos

cargados positivamente (cationes)

se dirigen hacia el electrodo negativo

(cátodo) y los iones cargados

negativamente (aniones) fluyen hacia

el electrodo positivo (ánodo),

teor a de la electrodeposici n de metales24
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • Por el paso de la corriente en los electrodos (+) y (-), se producen fenómenos de electroquímicos de:

- oxidación en el ÁNODO

- reducción en el CÁTODO

(ambos ligados a una variación del número de electrones)

Zn °  Zn2+ + 2 e

Zn2+ + 2 e  Zn °

En estos electrodos se producen una serie de fenómenos máscomplicados, ligados a la existencia de la “doble capa eléctrica”, en el cual interviene la polarización, la sobretensión, la difusión, etc.

teor a de la electrodeposici n de metales25
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • Principios de electroquímica

- Reacciones químicas: combinación homogénea de H2 con I2 o la combinación heterogénea de H2 y O2 se producen como consecuencia de los choques de las moléculas, dotadas de energía térmica. Durante ese breve espacio de tiempo en que permanecen juntas, modifican algunos de sus enlaces, los cuales adoptan una nueva distribución.

- Reacciones electroquímicas:se producen dos reacciones parciales de transferencia de electrones, las cuales tienen lugar en interfaces separadas electrodo-electrolito, y son susceptibles de control eléctrico.

teor a de la electrodeposici n de metales26
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • Electrólisis y electrodos

- Los fenómenos electroquímicos se producen de modo irreversible, siendo uno de ellos la electrólisis, fenómeno en el que, por el paso de la corriente eléctrica, se origina una reacción química.

- En los electrodos donde se producen las reacciones, es necesario distinguir entre: “electrodos polarizables” y “electrodos no polarizables”.

  • Electrodos polarizables, son aquellos que presentan un gran impedimento a la transferencia de carga y para que ocurra una reacción de electrodo a una velocidad apreciable es necesario aplicar una gran “sobretensión” o “polarización”
teor a de la electrodeposici n de metales27
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • Electrodos no polarizablespermiten fácilmente el paso de partículas cargadas a través de la interfaz metal-electrólito, bastando la aplicación de una pequeña sobretensión o polarización para que la reacción ocurra a alta velocidad.
teor a de la electrodeposici n de metales28
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • En los electrodos (positivo y negativo):

Ocurren una serie de reacciones, cuya cinética es de máxima importancia para conocer más completamente el fenómeno de electrólisis. Estas reacciones son de diferentes tipos:

- Una deposición de metal, por ejemplo: Cu2+ + 2 e  Cu

- Un desprendimiento de gas: 2 H+ + 2 e  H2

- Una reacción de transferencia electrónica: Fe3+ + e- Fe2+

- Alguna reacción compleja de oxidación – reducción:

HOOC-COOH + 2 H+ + 2 e- CHO-COOH + H2O

  • Todas estas reacciones ocurren en interfaces metal-electrólito, y por consiguiente son reacciones catalíticas heterogéneas.
teor a de la electrodeposici n de metales29
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • El mecanismo, de las reacciones de electrodo es complejo y consta de una serie de pasos y etapas:

1. Etapa de transporte de especies reaccionantes (y/o prod. de corrosión) desde o hacia la interfaz.

2. Etapa de transferencia de carga a través de la interfaz(“doble capa eléctrica”)

3. Etapa de reacción química, que puede preceder o seguir a las reacciones de transferencia de carga, puede ocurrir en la masa (seno) del electrólito o en la interfaz.

4. Etapa de formación de una fase, sea de nucleación de un cristal o bien el crecimiento del mismo.

teor a de la electrodeposici n de metales30
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • Rendimiento de corriente
  • Durante la electrodeposición de metales raras veces se alcanzan los equivalentes electroquímicos, debido a que junto con la deposición del metal, se producen en el cátodo otros fenómenos (desprendimiento de hidrógeno, la formación de hidróxidos, etc.),por lo que la cantidad de metal depositada suele ser casi siempre menor que la cantidad teórica deducida de las leyes de Faraday.
  • Razón por la cual, se habla de un “rendimiento de corriente catódico” (R.C.C.), expresado por:

cantidad de metal depositada realmente (v. práctico)

R.C.C = ------------------------------------------------------------------ x 100

cantidad de metal calculada a partir del equivalente electroquímico

teor a de la electrodeposici n de metales31
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES

número de coulombios que depositan metal

R.C.C = ----------------------------------------------------------------x 100

número total de coulombios que pasan

  • Si se utiliza un ánodo soluble (como es el caso de la mayoría de los procesos de electrodeposición de metales), existe también un “rendimiento de corriente anódico” (R.C.A.), igualmente expresado por la siguiente relación:

cantidad de metal disuelta realmente

R.C.A = --------------------------------------------------------------------------------------x 100

cantidad de metal calculada a partir del equiv. electroquímico

número de coulombios que disuelven metal

R.C.A = -------------------------------------------------------------- x 100

número total de coulombios que pasan

teor a de la electrodeposici n de metales32
TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALES
  • La doble capa eléctrica

Distribución de las cargas eléctricas en la doble capa eléctrica: (a) en la doble capa de Helmholtz; (b) en la doble capa difusa de Gouy y Chapman