CONTROL DE CORROSION EN SUPERFICIES METALICAS MEDIANTE PELICULAS DE ZINC

Transcripción

1 CONTROL DE CORROSION EN SUPERFICIES METALICAS MEDIANTE PELICULAS DE ZINC

2 ACEROS Los aceros son aleaciones férreas con un contenido máximo de carbono del 2% Dependiendo del contenido de carbono se clasifican: Acero de bajo carbono C 0,25% son blandos y dúctiles y se utilizan en vehículos, tuberías y estructuras Aceros de medio carbono 0,25% < C 0.60% Se emplean en piezas de ingeniería que requieren una mayor resistencia mecánica y al desgaste. Aceros de alto carbono 0.60% < C 1,40% Estos aceros se emplean principalmente en herramientas Proceso Integrado de Fabricación del acero

3 ACEROS Aceros aleados son aceros especiales de alta resistencia al desgaste y altas temperaturas. También existen los aceros HSLAS de alta resistencia y baja aleación que contienen otros elementos aleados y tienen mayor resistencia mecánica y pueden deformarse Aceros al carbono sin alear Según su contenido de carbono se clasifican en hipoeutectoide (0,02% C< 0,8%); Eutectoide (C= 0,8%) y los Hipereutectoide (0,8% < C 2%). Aceros inoxidables añadiendo un 12% de cromo se consideran aceros inoxidables. El aleante cromo crea una capa de oxido de cromo superficial que protege al acero de la corrosión de la formación de óxidos de hierro. Se adiciona níquel para prevenir la formación de carburos de cromo, los cuales aportan fragilidad y potencian la corrosión intergranular Fundición C 2,11% Existen varias clases de fundiciones: gris, blanca, maleable y dúctil. Proceso Integrado de Fabricación del acero

4 CORROSION DEL ACERO La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con mucha facilidad provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante Tratamiento superficiales, los mas comunes son : v CROMADO v NIQUELADO v PAVONADO v CINCADO ELECTROLITICO v GALVANIZADO

5 CROMADO El cromado es un tratamiento superficial, basado en la electrólisis, por medio del cual se deposita una fina capa de cromo metálico sobre objetos para protegerlo de la corrosión y mejorar su prestaciones. La grifería doméstica es un ejemplo de piezas cromadas para dar embellecimiento. El cromo tiene poco poder de protección, menos aun si las capas que se depositan son tan delgadas como una micra. Por ello las superficies a cubrir deben estar bien pulidas, brillantes y desengrasadas.

6 NIQUELADO El niquelado es un recubrimiento metálico de níquel, realizado mediante baño electrolítico o químico, que se da a los metales, para aumentar su resistencia a la oxidación, la corrosión o el desgaste y mejorar su aspecto en elementos ornamentales. Hay varios tipos de niquelado: Niquelado mate, Niquelado brillante Niquelado químico

7 PAVONADO El pavonado consiste en la aplicación de una capa superficial de óxido abrillantado, compuesto principalmente por óxido férrico (Fe2O3) de color azulado, negro o café, con el que se cubren las piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión. Calentando el acero hasta alcanzar un tono azulado y sumergiéndolo en aceite, aumentaba considerablemente su resistencia a la herrumbre. Existen dos métodos de pavonado: el ácido y el alcalino. El ácido es sin duda el método que proporciona mejor calidad, durabilidad y aspecto. Pero requiere mucho tiempo para lograr el resultado deseado. Se obtiene mediante la aplicación de ácidos que proporcionan una oxidación superficial de gran adherencia y durabilidad. En cambio el alcalino es mucho más fácil de lograr y en muy poco tiempo, por lo que es el método utilizado habitualmente.

8 CINCADO ELECTROLITICO Esta técnica consiste en depositar sobre la pieza una capa de cinc mediante corriente continua a partir de una solución salina que contiene cinc. El proceso se utiliza para proteger piezas más pequeñas, cuando requieren un acabado más uniforme que proporciona el galvanizado. Galvanoplastia es la transferencia de iones metálicos desde un ánodo a un cátodo en un medio liquido compuesto fundamentalmente por sales metálicas y ligeramente acidulado

9 Proceso de galvanizado continuo Proceso de galvanización requiere la obtención de una superficie del acero químicamente limpia, mediante tratamiento de desengrasante y decapado A una temperatura normal de galvanización (445 C 460 C) el zinc y el acero reaccionan rápidamente.

10 Proceso de galvanizado pieza a pieza / lote a lote

11 GALVANIZADO El zinc utilizado es de una alta pureza y cumple con la norma ASTM B 6 alto grado especial Los recubrimientos galvanizados se obtienen mediante la inmersión de las piezas de acero en una cuba de zinc fundido, este procedimiento es conocido como galvanización por inmersión en caliente. Los recubrimientos de este tipo cubre la pieza con una película perfectamente adheridas a la superficie del acero a través de una serie de capas de aleaciones zinchierro que proporciona una excelente resistencia a la abrasión Que son los recubrimientos galvanizados? Es una aleación del zinc-hierro que se compone de varias capas, es un recubrimiento duro y resistente a la abrasión y son muy dúctiles

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13 ASPECTO DEL GALVANIZADO Los recubrimientos galvanizados recién obtenidos presentan normalmente un aspecto metálico brillante muy característico. Este brillo va desapareciendo con el tiempo hasta adquirir un color gris metálico mate. Este cambio se debe a la reacción entre el zinc y el aire, queda lugar a la formación de una fina capa que constituye una barrera protectora que aisla la superficie del zinc del medio ambiente. Control de la corrosión - Como protege el zinc? a) Por barrera: Aislando la superficie metálica del medio corrosivo b) Protección catódica: conectando eléctricamente el acero con el metal mas activo (cinc)

14 Por qué el cinc protege el acero? Película continúa de carbonatos de cinc pasivada Cuando el cinc sale del proceso de galvanizado se oxida en la presencia del aire y de la humedad generando ZnO. En aire, el cinc nuevamente expuesto reacciona con la humedad y el óxido del cinc reacciona con el agua, dando por resultado la formación del hidróxido del cinc. En un cierto plazo, y bajo influencia del desgaste por la acción atmosférica cíclica, el producto final de la corrosión es carbonato del cinc (formado por la reacción entre el hidróxido del cinc y el bióxido de carbono en el aire). Zinc coating Steel sheet El carbonato del cinc es (insoluble en agua) una película fina, tenaz, compacta, y estable. Cuando la superficie se expone más a fondo a la lluvia o a la condensación, la película protectora sirve como barrera entre la humedad y el cinc debajo. Este tipo de capa química se llama una película pasiva. Es la presencia de esta película pasiva que retrase la reactividad del cinc, reduciendo de tal modo dramáticamente el índice de la corrosión de la capa del cinc. Las series de reacciones químicas descritas arriba son: Zn + ½O2 ZnO ZnO + H2O Zn(OH)2 Zn(OH)2 + CO2 ZnCO3 + H2O

15 Qué es la protección catódica (electroquímica)? Cuando dos metales diferentes entran en contactos mutuo en un ambiente húmedo, en la zona de contacto entre ellos se forma una célula electroquímica, debido a la diferencia de potencial de disolución existente entre ellos, de esta manera se genera una pequeña corriente eléctrica que da lugar a la corrosión de uno de los metales mientras que el otro permanece inalterado. Este comportamiento se debe a una de la propiedades fundamentales de los metales, por lo que puede predecirse cual de los dos metales será el que protegerá al otro electroquímicamente. SERIE GALVANICA

16 Proceso de corrosión ÁCIDO calo r Factores que inciden el proceso de corrosión Inorgánicos Orgánicos Productos químicos SALES Ácidas Alcalinas agu a suelo s LAMINA DE ACERO GALVANIZADO air e Concret o Neutras DISOLVENTES C A A C A C OXIDO

17 Como ocurre la corrosión? Proceso electroquímico Ocurre por la diferencia de potencial entre dos metales diferentes en contacto o por la diferencia de potencial entre diferentes áreas de un mismo metal, que forman una celda galvánica., en presencia de un electrolito. Cada celda consiste de: un ánodo que produce electrones, de un cátodo y de un electrolito. El ánodo y el cátodo deben estar en contacto eléctrico para que ocurra la corrosión.

18 Raspadura Cátodo El zinc como elemento de Zn protección Anod o ACERO Zn Protegido del ataque corrosivo Protección de barrera. El zinc, debido a que es un metal reactivo, se oxida en el aire y forma una película de óxido de zinc resistente a la corrosión. Esta delgada capa de óxido de zinc dura y firme es el primer paso del desarrollo de la capa protectora que normalmente se asocia con el recubrimiento galvanizado. Cuando la capa de óxido de zinc se expone al aire libre de una exposición atmosférica normal, la superficie reacciona con la lluvia o el rocío y forma hidróxido de zinc de carbono que hay en la atmósfera y se convierte un una capa básica de carbonato de zinc, delgada y compacta, que se adhiere firmemente. La placa de carbonato de zinc proporciona la excelente protección de barrera que brinda el recubrimiento galvanizado. La capa de carbonato de zinc básica, debido a que es relativamente insoluble, es resistente a la intemperie y, una vez que se forma, disminuye la corrosión que haya posteriormente. Después de algún tiempo, esta película gris blanquecina tiende a obscurecer los cristales de zinc subyacentes de la superficie del recubrimiento galvanizado. El grado de protección que se obtiene varía de acuerdo a la naturaleza del ambiente. La presencia en el aire de cloruros y gases de azufre modifica la composición de la capa de carbonato aumentando su solubilidad, lo que hace que se deteriore por el clima más rápido. Sin embargo, la velocidad de corrosión es relativamente baja, y el recubrimiento galvanizado continua proporcionando una vida de servicio considerable.

19 El zinc como elemento de protección Protección catódica. Debido a que el zinc es un elemento anódico para el acero, el recubrimiento galvanizado proporcionará una protección catódica al acero expuesto. Cuando el zinc y el acero se conectan en presencia de un electrolito, el zinc se consume lentamente al mismo tiempo que se va protegiendo al acero. La acción del zinc ofrece protección en la áreas de acero pequeñas que queden expuestas, áreas tales como bordes cortados, agujeros perforados, rasguños o áreas que hayan surgido como resultado de una acción de abrasión severa de la superficie. La protección catódica del acero contra la corrosión continua hasta que todo el zinc se consume.

20 Vida útil del recubrimient o de Zn

21 Vida útil del recubrimient o de Zn En la vida útil de la tubería inciden los siguientes factores: Condiciones de medio Espesor de la tubería Recubrimiento de zinc Mantenimiento.

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23 Aplicaciones y tipos de recubrimiento de Zn

24 Comportamiento de los tipos de recubrimiento de Zn

25 COMPARATIVO DE LOS DIFERENTES TIPO DE GALVANIZADOS Galvanizado por Galvanizado Recubrimientos Sherardización proyección electrolítico con polvo de cinc Formación de capa de aleación Buen entrelazado mecánico, Buena, Buena, la difusión del Buena, se puede Fe-Zn recubriendo al cinc. El tras un adecuado comparativamente al recubrimiento provee mejorar mediante recubrimiento está unido al acero pretratamiento de inyección resto de recubrimientos de unión metalúrgica inyección de polvo Características del de polvo previa recubrimiento Galvanizado por inmersión Continuidad y uniformidad Espesor Buena. Posibles discontinuidades a simple vista. Exceso de cinc en puntos de drenaje de la pieza y esquinas Depende de la aptitud del Uniforme, con Continua y muy operador. Recubrimiento limitaciones de acuerdo uniforme, incluso en poroso rápidamente relleno a la solubilidad del baño partes irregulares con productos de la corrosión de cinc Buena, algunos poros, recubiertos con productos de reacción µm para tubos µm Espesores variables entre Variable entre 2,5 y 5 Variable entre Superior a 40 µm para láminas y filamentos 5-10 µm µm. Puede llegar a µm. Posibilidad de µm para piezas superar los 500 µm espesores superiores a costa de menor rentabilidad Recubrimientos convencionales aplicados a piezas, no Conformabilidad y conformables. Capa de aleación resistente a la abrasión. Rigidez a propiedades la flexión. mecánicas Aplicado a piezas El acero galvanizado terminadas, no se requiere electrolíticamente tiene conformado. Admite excelente soldadura, pero es preferible conformabilidad y realizar previamente puede ser soldado soldadura y llevar a cabo el mediante soldadura por tratamiento posteriormente punto Es aplicado a Resistencia a la artículos terminados. abrasión mejor que No es necesaria la la de las pintura conformabilidad. convencionales Excelente resistencia a la abrasión

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27 TEJA CORRUGADA DE ZINC PINTADA PERFILES ESTRUCTURALES GALVANIZADOS CUBIERTA GALVANIZADA PINTADA STEEL DECK GALVANIZADO

28 GRACIAS

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31 Skin Pass Rolling Mills

32 Tandem Rolling Mills. Temper Rolling Mills which are a special type of Skin Pass Mills. Temper Rolling Mills are used to increase the strength within the material

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35 Iron Solubility and Dross

36 Reference - The Knee Point

37 Effect of Bath Al on Coating Al and Coating Structure

38 ADICION DE ALUMINIO AL BAÑO DE ZINC Proceso Controla o inhibe la reacción Fe-Zn Controla la formación de Dross Producto Galvanizado Evita el excesivo espesor de recubrimiento Uniformidad del recubrimiento y apariencia Adherencia y formabilidad del recubrimiento Importance of Aluminum Control Al too low: Excessive coating thickness Dross pick-up and outburst coating defects Poor product formability Excessive bottom dross formation Al too high: Product weldability problems Can interfere with Galvannealing

39 HOT-DIP ZINC/IRON ALLOY COATED STEEL (GALVANNEAL) Micrographs show fine crystallites of FexZny intermetallic compounds

40 HOT-DIP ZINC COATED STEEL Micrographs show smooth surface with grain ("spangle") boundaries

41 El galvanizado es uno de los métodos que se utilizan para mejorar la resistencia a la corrosión del acero (y de las aleaciones de hierro) mediante un pequeño recubrimiento sobre la superficie. El galvanizado permite el recubrimiento de piezas de acero o de hierro fundido mediante su inmersión en un baño de cinc fundido. En función de las características que deba presentar la protección anticorrosiva, se aplican diferentes técnicas de protección a base de cinc: - Galvanizado por inmersión en caliente. Las piezas a tratar se sumergen, habiendo limpiado previamente su superficie, en un baño de cinc fundido que suele estar a una temperatura de 445º C-460º C. El cinc reacciona con el hierro, o el acero, formando capas de aleación sobre la superficie. La capa más externa suele ser cinc dúctil no aleado. El cinc se une metalúrgicamente al metal base para formar un recubrimiento protector que posee una excelente resistencia a la corrosión. - Galvanizado o cincado electrolítico. Esta técnica consiste en depositar sobre la pieza una capa de cinc mediante corriente continua a partir de una solución salina que contiene cinc. El proceso se utiliza para proteger piezas más pequeñas, cuando requieren un acabado más uniforme que proporciona el galvanizado. - Sherardización. Las piezas preparadas de hierro o acero se calientan con una mezcla de polvo de cinc y arena en tambores rotatorios a temperatura por debajo del punto de fusión del cinc (380º C-400º C), hasta que éste forma un recubrimiento cerrado sobre la superficie de la pieza. El recubrimiento es muy uniforme. El proceso, que da a las piezas un recubrimiento mate gris, se utiliza principalmente para piezas pequeñas, debido a la dificultad de calentamiento de grandes piezas de forma uniforme. - Recubrimientos con polvo de cinc. En esta clase de recubrimiento se emplea un polvo de cinc muy fino que se halla en suspensión en un aglutinante orgánico o inorgánico. Las técnicas de aplicación de este tipo de revestimientos son similares a las empleadas para la aplicación de laca (p. ej. proyección, inmersión). Las capas de polvo de cinc presentan una conductividad limitada, ya que el cinc no se encuentra por toda la superficie en contacto con el material base y tampoco forma en las zonas limítrofes aleaciones de cinc-hierro. - Protección anticorrosiva catódica. Un metal en estado de corrosión se disuelve anódicamente. En la protección anticorrosiva catódica se impide la corrosión haciendo del metal a proteger un cátodo. Esto se consigue disponiendo un elemento de cortocircuito compuesto del material de la pieza a proteger y de una aleación metálica menos noble; estos dos materiales presentan una conexión conductora metálica. Al sumergir la pareja de materiales en un electrolito (p. ej. agua de mar), se disuelve el metal menor noble, disociándose en iones y electrones. Los iones pasan al electrolito, mientras que los electrones pasan a través de la conexión metálica a la superficie del metal más noble. La protección anticorrosiva catódica se utiliza, por ejemplo, como protección exterior de la parte sumergida de barcos, pasarelas, muelles, rompeolas, estacas, puertas de esclusas, boyas y equipos submarinos para, por ejemplo, la extracción de petróleo y gas natural.

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