SUBSUELO (Mineral de

hierro: óxidos, sulfuros)

HERRUMBRE (óxido de

hierrro hidratado)

Tubería enterrada

ADICIÓN DE ENERGÍA

METALURGIA

Tanque de almacen.

•Concentración

•Refinación

•Fusión en horno eléctrico

•Colada•Laminación

•Forja

CORROSIÓN

ACCIÓN DEL AMBIENTE(Humedad, contaminates,

etc.)

LA CORROSIÓN COMO UN PROCESO INVERS0 A LA METALURGIA

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 ”.

La corrosión es por tanto un proceso natural y espontáneo

CORROSIÓN = CÁNCER DE LOS METALES

Cuanto mayor ha sido la energía gastada en la obtención del metal, tanto mayor

será la facilidad para corroerse

METALES NOBLES

METALES ACTIVOS

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

COSTOS DE LA CORROSIÓNa) 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)

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)

COSTOS DE LA CORROSIÓN

COSTOS DE LA CORROSIÓN

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).

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).

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.

Corrosión selectiva:

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

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”.

Metal activo

Metal noble

• 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).

Mecanismo de la corrosión electroquímica

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.

++

+++- -

--

-Zona

anódica

Zona catódica

Mecanismo de la corrosión electroquímicaCONDICIONES:

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.

Mecanismo de la corrosión electroquímica

cátodo

cátodo

cátodo

ánodo ánodo

METAL (Fe)

Electrólito (agua)

herrumbre

Fe Fe+2 +2e-

2e-

Fe2(OH)

½O2 + 2e- 2OH- H2O

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.

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

Heterogeneidades del medio por generación de resquicios

Resquicio(corrosión)

Raya o marca

cavidad

Grieta

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

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

Aluminio

Aluminio

Tornillo de latón Metal

corroído

Corrosión galvánica en el contacto directo latón-aluminio

Corrosión en el resquicio de la junta aislante

Fe

POTENCIAL DE CORROSIÓN

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

Fe+2

Fe+2

Fe Fe+2 +2e-

Fe+2

Fe+2

Fe+2

e-

e-

e-

e-

Fe+2

Diferencia de potencial

solución

POTENCIAL DE CORROSIÓN

Fe

Fe+2

Voltímetro

solución

Fe Fe+2 +2e-

½O2 + 2e- +H2O 2OH-

2e-

½O2 + 2e- +H2O 2OH-

MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

• MEDIDAS DE PROTECCIÓN SOBRE LOS MATERIALES:

• PROTECCIÓN MEDIANTE RECUBRIMIENTOS

• - 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.

TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE METALESDE METALES

Proceso de electrodeposición de metalesProceso de electrodeposición de metales - Proceso electroquímico más utilizado en la industria, Proceso electroquímico más utilizado en la industria,

tanto por su interés teórico como tecnológico.tanto por su interés teórico como tecnológico.- Consiste en la descarga de un metal sobre un Consiste en la descarga de un metal sobre un

electrodo llamado electrodo llamado CÁTODOCÁTODO en contacto con una en contacto con una solución (solución (electrolitoelectrolito), conteniendo iones de ese ), conteniendo iones de ese metal y en otro electrodo llamado metal y en otro electrodo llamado ÁNODOÁNODO se se produce la disolución parcial del metalproduce la disolución parcial del metal

- Los iones a depositar: en forma simple Los iones a depositar: en forma simple CuCu2+2+ o en o en forma de complejos forma de complejos Cu(CN)Cu(CN)33

==..- Electrólitos ácidos simplesElectrólitos ácidos simples, el ión metálico (, el ión metálico (catióncatión),está rodeado ),está rodeado

por una envoltura de hidratación: ión Cu++, esta como por una envoltura de hidratación: ión Cu++, esta como solvatosolvato, con , con cuatro moléculas de agua: cuatro moléculas de agua: Cu(HCu(H22O)O)44..

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALESAl aplicar un potencial a losAl aplicar un potencial a loselectrodos sumergidos en laelectrodos sumergidos en lasoluciónsolución los iones cargados los iones cargados eléctricamente se ponen eneléctricamente se ponen en marcha hacia uno de los dos marcha hacia uno de los dos electrodo: electrodo: los iones metálicos los iones metálicos cargados positivamentecargados positivamente ( (cationescationes) ) se dirigen hacia el electrodo negativo se dirigen hacia el electrodo negativo (cátodo) y (cátodo) y los iones cargados los iones cargados negativamentenegativamente ( (anionesaniones) fluyen hacia ) fluyen hacia

el electrodo positivo (ánodo),el electrodo positivo (ánodo),

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES Por el paso de la corriente en los electrodos (+) y (-), se Por el paso de la corriente en los electrodos (+) y (-), se

producen fenómenos de electroquímicos de:producen fenómenos de electroquímicos de:

- - oxidaciónoxidación en el ÁNODO en el ÁNODO

- - reducción reducción en el CÁTODOen el CÁTODO(ambos ligados a una variación del número de electrones)(ambos ligados a una variación del número de electrones)

Zn ° Zn ° Zn Zn2+2+ + 2 e + 2 e

ZnZn2+2+ + 2 e + 2 e Zn ° Zn ° En estos electrodos se producen una serie de En estos electrodos se producen una serie de fenómenos másfenómenos más complicadoscomplicados, ligados a la existencia de la “, ligados a la existencia de la “doble capa eléctricadoble capa eléctrica”, ”, en el cual interviene la en el cual interviene la polarizaciónpolarización, la , la sobretensiónsobretensión, la , la difusióndifusión, , etc.etc.

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES Principios de electroquímicaPrincipios de electroquímica- Reacciones químicas- Reacciones químicas: : combinación homogénea de Hcombinación homogénea de H22

con Icon I22 o la combinación heterogénea de H o la combinación heterogénea de H22 y O y O22 se se producen como consecuencia de los choques de las producen como consecuencia de los choques de las moléculas, dotadas de energía térmica. Durante ese breve moléculas, dotadas de energía térmica. Durante ese breve espacio de tiempo en que permanecen juntas, modifican espacio de tiempo en que permanecen juntas, modifican algunos de sus enlaces, los cuales adoptan una nueva algunos de sus enlaces, los cuales adoptan una nueva distribución.distribución.

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

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES Electrólisis y electrodosElectrólisis y electrodos

- Los fenómenos electroquímicos se producen de modo - Los fenómenos electroquímicos se producen de modo irreversible, siendo uno de ellos la irreversible, siendo uno de ellos la electrólisiselectrólisis, fenómeno , fenómeno en el que, por el paso de la corriente eléctrica, se origina en el que, por el paso de la corriente eléctrica, se origina una reacción química.una reacción química.- En los electrodos donde se producen las reacciones, es - En los electrodos donde se producen las reacciones, es necesario distinguir entre: “necesario distinguir entre: “electrodos polarizableselectrodos polarizables” y ” y ““electrodos no polarizableselectrodos no polarizables”. ”.

Electrodos polarizablesElectrodos polarizables,, son aquellos que son aquellos que presentan un gran impedimento a la transferencia de presentan un gran impedimento a la transferencia de carga y para que ocurra una reacción de electrodo a una carga y para que ocurra una reacción de electrodo a una velocidad apreciable velocidad apreciable es necesario aplicares necesario aplicar una gran una gran ““sobretensiónsobretensión” o “” o “polarizaciónpolarización””

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES Electrodos no polarizablesElectrodos no polarizables permiten permiten

fácilmente el paso de partículas cargadas a fácilmente el paso de partículas cargadas a través de la interfaz metal-electrólito, bastando la través de la interfaz metal-electrólito, bastando la aplicación de una pequeña sobretensión o aplicación de una pequeña sobretensión o polarización para que la reacción ocurra a alta polarización para que la reacción ocurra a alta velocidad.velocidad.

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES En los electrodosEn los electrodos (positivo y negativo): (positivo y negativo):

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

- Una - Una deposición de metaldeposición de metal, por ejemplo: , por ejemplo: CuCu2+2+ + 2 e + 2 e Cu Cu

- Un - Un desprendimiento de gas: 2 Hdesprendimiento de gas: 2 H++ + 2 e + 2 e H H22

- Una - Una reacción de transferencia electrónica: Fereacción de transferencia electrónica: Fe3+3+ + e + e-- Fe Fe2+2+

- Alguna reacción compleja de oxidación – reducción:- Alguna reacción compleja de oxidación – reducción:

HOOC-COOH + 2 HHOOC-COOH + 2 H++ + 2 e + 2 e-- CHO-COOH + H CHO-COOH + H22OO

Todas estas reacciones ocurren en Todas estas reacciones ocurren en interfaces metal-electrólitointerfaces metal-electrólito, y , y por consiguiente son reacciones catalíticas heterogéneas.por consiguiente son reacciones catalíticas heterogéneas.

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES El El mecanismomecanismo, de las reacciones de electrodo es , de las reacciones de electrodo es

complejo complejo y consta de una serie de pasos y etapas:y consta de una serie de pasos y etapas:1. Etapa de 1. Etapa de transporte de especies transporte de especies

reaccionantesreaccionantes ( (y/o prod. de corrosióny/o prod. de corrosión) desde o ) desde o hacia la interfaz.hacia la interfaz.

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

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

4. Etapa de 4. Etapa de formación de una faseformación de una fase, sea de , sea de nucleación de un cristal o bien el nucleación de un cristal o bien el

crecimiento crecimiento del mismo. del mismo.

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES Rendimiento de corrienteRendimiento de corriente Durante la electrodeposición de metales raras veces se Durante la electrodeposición de metales raras veces se

alcanzan los equivalentes electroquímicos, debido a que alcanzan los equivalentes electroquímicos, debido a que junto con la deposición del metal, se producen en el cátodo junto con la deposición del metal, se producen en el cátodo otros fenómenos (otros fenómenos (desprendimiento de hidrógeno, la formación de desprendimiento de hidrógeno, la formación de hidróxidos, etchidróxidos, etc.),por lo que la cantidad de metal depositada .),por lo que la cantidad de metal depositada suele ser casi siempre menor que la cantidad teórica suele ser casi siempre menor que la cantidad teórica deducida de las leyes de Faraday.deducida de las leyes de Faraday.

Razón por la cual, se habla de un Razón por la cual, se habla de un ““rendimiento de rendimiento de corriente catódicocorriente catódico” ” ((R.C.CR.C.C..)),, expresado por: expresado por:

cantidad de metal depositada realmente (v. práctico)cantidad de metal depositada realmente (v. práctico)

R.C.CR.C.C = ------------------------------------------------------------------ x 100 = ------------------------------------------------------------------ x 100 cantidad de metal calculada a partir del equivalente cantidad de metal calculada a partir del equivalente

electroquímicoelectroquímico

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES número de coulombios que depositan metal número de coulombios que depositan metal

R.C.CR.C.C = ----------------------------------------------------------------x 100 = ----------------------------------------------------------------x 100 número total de coulombios que pasannúmero total de coulombios que pasan

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

cantidad de metal disuelta realmentecantidad de metal disuelta realmente R.C.AR.C.A = --------------------------------------------------------------------------------------x = --------------------------------------------------------------------------------------x 100100

cantidad de metal calculada a partir del equiv. electroquímicocantidad de metal calculada a partir del equiv. electroquímico

número de coulombios que disuelven metalnúmero de coulombios que disuelven metal R.C.AR.C.A = -------------------------------------------------------------- x = -------------------------------------------------------------- x 100100

número total de coulombios que pasannúmero total de coulombios que pasan

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ELECTRODEPOSICIÓN DE

METALESMETALES La doble capa eléctricaLa doble capa eléctrica

Distribución de las cargas eléctricas en la doble capa eléctrica: (Distribución de las cargas eléctricas en la doble capa eléctrica: (a) en la doble a) en la doble

capa de Helmholtzcapa de Helmholtz; (b) en la doble capa difusa de Gouy y Chapman; (b) en la doble capa difusa de Gouy y Chapman