MECANISMOS DE CORROSIÓN

Transcripción

1 MECANISMOS DE CORROSIÓN Ingeniería en Metalurgia y Ciencia de los Materiales Instituto de Ingeniería Universidad Veracruzana

2 Unidad 1 FUNDAMENTOS DE LA CORROSIÓN Instituto de Ingeniería Universidad Veracruzana

3 MODULO 1. INTRODUCCIÓN 1. Que es Corrosión? 2. Ciencia e Ingeniería de Corrosión 3. Costo de la Corrosión 4. Acceso a la Ciencia e Ingeniería de Corrosión 5. Clasificación de la Corrosión 6. Propósito y Naturaleza de este Curso

4 1.- Corrosión:- Destrucción o deterioro de materiales debido a una reacción química con el ambiente. 2.- Ciencia e Ingeniería de Corrosión Ciencia de Corrosión:- El estudio de mecanismos de corrosión causas de corrosión, métodos de prevención. Ingeniería de Corrosión:- La aplicación de la ciencia y el arte para prevenir y controlar la corrosión, económicamente y en seguridad. Científico en Corrosión:- Estudia los mecanismos, desarrolla criterios para pruebas, materiales resistentes e inhibidores así como métodos para prevenir la corrosión. Ingeniero en Corrosión:- Aplica los conocimientos científicos para prevenir o controlar los daños por corrosión por medios prácticos y económicos

5 3.- Costo de la Corrosión Consideraciones Económicas:- Aproximadamente entre el 3 y 5% del PIB de los países desarrollados. Costos directos e indirectos. Seguridad y Consideraciones Ambientales:- Consecuencias catastróficas. Consideraciones Políticas:- Impacto a la sociedad. Consideraciones de Recursos:- Los recursos naturales no pueden ser recuperados

6 Consideraciones Económicas: 4.2 % PIB Infraestructura 16.4% ($22.6 USD) Gobierno 14.6% ($20.1 USD) Producción y Manufactura 12.8% ($17.6 USD) Utilidades 34.7% ($47.9 USD) Transporte 21.5 % ($29.7 USD) Costo de la Corrosión en la Industria por Categoría ( $ Billones de Costos de Corrosión Directos e Indirectos en los Estados Unidos: $ 440 Billones de Dólares (2000)

7 Consideraciones Económicas: La corrosión se presenta en todas las industrias y en la vida diaria: - Productoras de gas y petróleo - U$4 b./ Una planta Química - U$2 M/año sobre aceros pintados solamente - La Industria del Papel La corrosión aumenta el costo del papel en $7/por ton. - En automóviles Sistema de combustible, radiadores, sistemas de escape y la carcaza, billones/año.

8 Seguridad y Consideraciones Ambientales: Pueden fallar por el problema de corrosión: Tanques de petróleo, plataformas, recipientes a presión, calentadores, contenedores de materia tóxica, alabes de turbina, puentes, mecanismos del eje de autos y componentes en plantas Y como consecuencia CATASTROFE! Consideraciones Políticas: Pérdida de propiedades, daños serios al ambiente Impacto a la sociedad

9 Pérdidas Directas e Indirectas: 1.- Directas: Costo de reposición de partes, maquinas, labores, pintura, materiales resistentes a la corrosión, protección anódica/catódica, galvanizado/plateado, inhibidores de corrosión Indirectas: a) Paro de planta Un tubo de acero inoxidable cuesta $200, el costo de un paro de planta $20,000/h. b) Pérdida de productos Petroleo, gas, agua, etc. c) Contaminación de ambientes Petroleo, gas tóxico, materiales químicos y nucleares. d) Pérdida de eficiencia Transferencia de calor, o capacidad de bombeo, eficiencia de maquinas.

10 e) Contaminación del producto Semiconductores, farmacos y comida cambios en calidad, color, sabor. f) Sobrediseño Reacción de recipientes, calentadores, ductos recubiertos y estructuras marinas Rapidez e corrosión desconocidas Frecuentemente, el equipo esta diseñado para mayores necesidades que las requeridas. g) Responsabilidad del producto culpa y responsabilidad legal cuando las fallas se suscitan. Los ingenieros deben de estar seguros de que la falla no ocurrirá

11 4.- Acceso a la Ciencia e Ingeniería de Corrosión Ciencia e ingeniería de Corrosión Multidisciplinario - Química & Física Electroquímica y Fisicoquímica - Metalurgia y Ciencia de Materiales - Ingeniería Química e Ingeniería de Procesos - Ingeniería Mecánica... Las fallas pueden presentarse por medio de una acción conjunta: Daño superficial por destrucción química falla mecánica; esfuerzos mecánicos susceptibilidad a la corrosión. El acceso personalizado puede ser diferente

12 5.- Clasificación de la Corrosión Clasificada por formas, ambientes y naturaleza - Corrosión Seca (oxidación), la cual ocurre en la ausencia de una fase líquida, o sobre el punto de rocio del ambiente. - Corrosión Húmeda (Corrosión acuosa o Corrosión Electroquímica), ocurre en presencia de un líquido.

13 Corrosión Húmeda FORMAS AMBIENTES Corrosión Uniforme Corrosión Galvánica Corrosión en Hendiduras Corrosión Intergranular Corrosión Selectiva Corrosión Erosión Agrietamiento por Corrosión bajo Esfuerzo Corrosión Fatiga Daño por Hidrógeno Químicos, acidos, soluciones básicas Corrosión Atmosférica Corrosión en agua de mar y agua potable Corrosión en Suelos Corrosión en Concretos Corrosión en la Industria del Petróleo Corrosión Biológica y Corrosión en Cuerpos Húmanos

14 6.- Propósito y Naturaleza de este Curso Una Introducción para Interesados en el Área de la Corrosión 1. Apreciar la Importancia de la Corrosión para la Industria y la Sociedad. 2. Entender los Principios de la Corrosión. Termodinámica, Cinética, Electroquímica y Aplicación en el Control y Prevención. 3. Familiarizarse con los Materiales que se Utilizan en Ambientes Corrosivos Conocidos e Industrias. 4. Conocer los Métodos y Técnicas más Útiles para Combatir la Corrosión.

15 1.2. Naturaleza Electroquímica Tipos de Corrosión 1.3. Determinación de la Velocidad de Corrosión

16 LA FUERZA MOTRIZ de corrosión es la disminución de energía asociada con la oxidación de un metal. La Termodinámica examina y cuantifica esta fuerza motriz. Predice si las reacciones pueden llevarse a cabo o no. No predice a que rapidez pueden llegar a ocurrir estos cambios. Sin embargo, al tener conocimiento, termodinámicamente, que reacciones son posibles, esto es un paso necesario en el entendimiento, predicción y control de la corrosión

17 1.2. Naturaleza Electroquímica (Principios de Corrosión Acuosa) Introducción Corrosión Acuosa: Degradación de un material en un Ambiente Acuoso Prevención Acuoso - Líquido: como electrolito Gas: Por debajo del punto de rocío Procesos Electroquímicos - Ambientes y Materiales - Formas de Corrosión y Mecanismos - Prevención de la Corrosión Ambientes Formas/ Mecanismos Materiales

18 2.- Tipos de Corrosión (Celdas Electroquímicas) 1. Celda Electroquímica Básica 2. Heterogeneidades en la Fase Metálica 3. Heterogeneidades del Medio 4. Heterogeneidades de las Condiciones Físicas

19 1. Celda Electroquímica Básica (Daniell)

20 2. Heterogeneidades de la Fase Metálica Constituyen la causa más frecuente de corrosión Electroquímica a) Los Límites de Grano: C) A) D) B)

21 b) Orientación de los Granos: Los granos con los átomos orientados en diferentes direcciones exhiben diferentes potenciales por la distinta densidad atómica que muestran sus planos, puesto que es diferente la energía necesaria para que un átomo abandone la red y pase a la disolución

22 c) Dislocaciones Emergentes: La presencia de dislocaciones y, concretamente, de las regiones que constituyen el vértice de la dislocación se traduce en líneas de átomos que están menos enlazados que los restantes de la red metálica. Las zonas de acumulación de dislocaciones suelen presentar comportamiento anódico.

23 c) Regiones del Metal Deformado en Frío: La Energía de deformación se acumula en defectos, fundamentalmente vacantes y dislocaciones. El problema inicia en zonas del metal doblado, corrosión en la cabeza de un clavo o remache, etc. d) Regiones de Metal bajo Tensión Externa: Las zonas sometidas a deformación elástica tienden a actuar anódicamente respecto a las sometidas a menor tensión o no tensadas debido, generalmente, a la rotura o agrietamiento de películas protectoras superficiales de productos de corrosión.

24 c) Segregaciones: Macrosegregaciones: este fenómeno es importante en las piezas moldeadas y el resultado es una distribución de elementos aleantes no uniforme en las distintas zonas de una pieza. Microsegregaciones: A consecuencia de este fenómeno, la composición química del núcleo de un cristal (A) difiere de la correspondiente a la periferia (B) que solidificó a temperaturas inferiores.

25 Fases Dispersas en la Matriz Metálica de Diferente Composición Química: Muchos compuestos, fases o inclusiones presentan comportamiento más noble y actúan de cátodo, promoviendo por tanto el ataque anódico del metal contiguo. Partículas Contaminantes en la Superficie: Entre la partícula contaminante y el metal base se forman pilas de corrosión. Discontinuidades en Películas que Cubren el Metal: Caso, poe ejemplo, de una falta de uniformidad en la calamina o cascarilla de laminación sobre el acero. Deformación en Frío no Homogénea por Pulido de la Superficie Metálica: La formación de pilas de corrosión se debe a fenómenos de deformación en frío no homogénea en la superficie. Ejemplo de zonas pulidas y desbastadas.

26 3. Heterogeneidades del Medio Los cambios en la composición del medio en contacto con el metal dan lugar a diferencias de potencial entre distintas zonas del mismo. a) Pilas de Concentración Iónica o Salina:

27 b) Pilas de Aireación Diferencial: Ataque local por corrosión en la periferia de la región desnuda después del levantamiento local de una película de pintura.

28 Cont. b) Ejemplos de Pilas de Aireación Diferencial: Ataque por aireación diferencial en el interior de un pozo, grieta o valle de mecanizado. Zonas de ataque preferente en una pieza metálica parcialmente sumergida.

29 Cont. b) Ejemplos de Pilas de Aireación Diferencial: Zonas de ataque preferente en una pieza metálica sumergida y enterrada en el fondo. Ataque local en una tubería enterrada que atravieza regiones con distinta permeabilidad al oxígeno.

30 3. Heterogeneidades de las Condiciones Físicas Sucede cuando determinadas condiciones físicas experimentan variación de una a otra zona del objeto metálico. a) Diferencias de Temperatura: Las zonas más calientes tienden a actuar como ánodos frente a las de menor temperatura.

31 b) Diferencias de Potencial debidas a la presencia de un Campo Eléctrico Externo Actuando sobre el Metal: Formación de áreas anódicas y catódicas en las estructuras enterradas o sumergidas con motivo de la presencia de corrientes vagabundas o erráticas. O cuando se encuentran bajo el efecto de un campo eléctrico. Estructura metálica cuya superficie presenta distintos valores de potencial al situarse en el seno de un campo eléctrico.

32 GRACIAS