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DETERIORO DE LOS
MATERIALESA ALTAS TEMPERATURAS
D.Sc. Manuel Guerreros Meza
Profesor FIC - FIMM
10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
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Corrosin a altas Temperaturas
Corrosin a alta temperatura es undeterioro qumico de un material(normalmente un metal) bajocondiciones de muy altas temperaturas.
Esta forma no galvnica de corrosinpuede ocurrir cuando un metal estsujeto a una temperatura elevada enuna atmsfera que contenga oxgeno,
sulfuros u otros compuestos capaces deoxidar (o ayuden en la oxidacin de) losmateriales expuestos.
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Condiciones para que un xido sea
protector a altas temperaturas
Debe tener los siguientes: Buena
adherencia, punto de fusin alto, baja
presin de vapor, coeficiente de
expansin trmico casi igual al del metal,
plasticidad a alta temperatura para evitar
su ruptura, baja conductividad elctrica,bajo coeficiente de difusin para iones
metlicos y oxgeno.
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La relacin de Pilling-Bedworth
mide el volumen del xido formado por el del metalconsumido:
La relacin de Pilling-Bedworth, mide el volumen delxido formado por el del metal consumido:
Dnde:
Si P.B. < 1; se forman xidos no protectores, suelenser porosos.
Si P.B. > 2; se forman xidos no protectores, aumentael volumen, las tensiones internas y hacen que elxido tienda a romperse.
Si 1 < P.B. < 2; se forman xidos protectores.
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Pilling y Bedworth (1923)
"Si el volumen del xido formado es menor que aqul del metal quereemplaza se tendr un xido de estructura porosa. Si lo opuesto es
cierto se forma una capa homognea continua de oxido
METAL
XIDO
W.d W = peso molecular del xidoRelacin de P. & B. = w = peso frmula del metal
w.D D = densidad del xidod = densidad del metal
P. & B. < 1
XIDO POROSO
P. & B. > 1
XIDO COMPACTO
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Aluminio - Al2O3 1,29 Litio - Li2O 0,57
Bario - BaO 0,69 Magnesio - MgO 0,81
Cadmio - CdO 1,21 Mangan.MnO2
2,27
Calcio - CaO 0,64 Nquel - NiO 1,70
Cesio -Cs2O 0,47 Plomo - PbO 1,28
Circonio - ZrO2 1,49 Potasio - K2O 0,45
Cobalto - CoO 1,75 Silicio - SiO2 1,89
Cobre - Cu2O 1,67 Sodio - Na2O 0,58
Cromo - Cr2O3 2,02 Titanio - TiO2 1,76
Estao - SnO 1,28 Torio - ThO2 1.35
Estroncio - SrO 0,65 Tungsteno - WO2 1.88
Hierro - Fe3O4 2,10 Zinc - ZnO 1,59
COEFICIENTES P&W DE VARIOS ELEMENTOS
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Tiempo
Corrosin/g/cm2
Tiempo
Corrosin/g/cm2
Corrosin = K . tXIDO PROTECTOR
Corrosin = K . tXIDO NO PROTECTOR
CARACTERSTICAS DE DISTINTAS PELCULAS
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ACEROS INOXIDABLES:
CORROSIN EN MEDIO MODERADAMENTE CORROSIVO
Acero al carbono: 1 mm/ao
Acero aleado con Cr (contenido>12%): 10-4 mm/ao
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0 5 10 15
Tiempo / horas
0
50
100
150
200
(Corr.)
2/(mg/cm2)2
Ni-4,6 Cr
Ni-puro
Ni-11,3 Cr
Ni-20 Cr
ALEACIONES DE NQUEL
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hierro Fe O
- Fe O
aire3 4
2 3
FeO
ESTRUCTURA DEL XIDO DE HIERRO
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vacancias
Ni ++
Ni ++
electrones2 e - O
O=
O=
O=
Vacancias de
Ni creadas
en la
superficie
del xido
++
Ni NiO O2
MECANISMO DE OXIDACIN DEL NQUEL
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Mecanismos de crecimiento de los
xidos Reacciones de oxidacin y reduccin La oxidacin de los metales por el oxgeno es un
proceso electroqumico, donde el metal se oxida y eloxgeno se reduce:
Oxidacin: Me Me2+ + 2e-Reduccin: O2 + 2e
- O2-
Me2+ + O2-MeO Los iones metlicos se forman en la interfase metal-
xido y el oxgeno se reduce en la interfase xido-gas.
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Debido a que los xidos metlicos presentanconductividad elctrica, tanto iones como deelectrones, no se precisa ningn conductorelctrico externo entre nodo y ctodo.
Varios de estos posibles mecanismos son lossiguientes: Pelcula de xido porosa
Si la pelcula de xido formada al comienzo esporosa, el oxgeno molecular puede pasar a travs
de los poros y reaccionas en la interfase metal-xido. Esta situacin prevalece cuando la relacin deP.B. es menor de la unidad, como ocurre en losmetales alcalinos.
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Pelcula de xido no porosa
Si la pelcula de xido no es porosa podran darse los siguientesmecanismos:
La oxidacin puede ocurrir en la interfase xido-gas.En este caso los iones metlicos se difunden desde la interfasemetal-xido hasta la interfase xido-gas. Los electrones tambin sedesplazan en la misma direccin para completar la reaccin.
La oxidacin puede ocurrir en la interfase metal-xido. En este caso los iones oxgeno se difunden a travs de lapelcula para reaccionar en la interfase metal-xido, miestras quelos electrones tienen que poder moverse hacia el exterior.
El posible mecanismo final es una combinacin de loscasos anteriores (xido-gas; metal-xido) en que los iones
oxgeno se difunden hacia el interior y los iones metlicos, juntocon los electrones, hacia el exterior. En este caso el lugar de lareaccin puede estar en cualquier sitio dentro de la pelcula dexido.
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R d d l
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Razones termodinmicas de la
corrosin seca
Si:
G < 0; La reaccin ir a la derecha
G = 0; Existe equilibrio qumico
G > 0; La reaccin ir a la izquierda
Existe una ecuacin termodinmica, llamadareaccin deVontHoff:
G = GO + RT ln K
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Para que la reaccin vaya a un lado u otrodepender de la cantidad de oxgeno quetengamos y de su presin parcial.
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Diagramas de EllinghamTienen como pendiente la entropa y como ordenada en el
origen la entalpa. Podemos sacar las presiones parciales de losequilibrios del oxgeno, pudiendo as predecir (desde un punto devista termodinmico) si un xido es estable o no en unasdeterminadas condiciones de presin y de temperatura.
Cinemtica de la corrosin a altas temperaturasSe estudian utilizando dos variables: W (ganancia de peso) y t(tiempo).
Ley lineal y = C1 tSe da en xidos no protectores (porosos) y en xidos que
presentan roturas por tensiones elevadas (P.B. >> 2)
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Ley parablica y2 = C2 tFundamentalmente para xidos de carcter
protector, se da cuando la difusin de iones es
ms lenta.
Ley logartmica y = C3 log (C4 t + C5)Se da en xidos que se forman a temperatura
ambiente o poco elevada. En estos xidos lavelocidad inicial de oxidacin es elevada y luego
disminuye a valores muy bajos. Son xidosprotectores.
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Pueden existir combinaciones de estas tres leyes, seconoce con el nombre de leyes de crecimiento mixto.
Lo que sucede es que los xidos que comienzan
siendo protectores y que luego por distintas razones
dejan de serlo, por factores como la temperatura,acabado superficial, composicin del metal oaleacin, presin del gas
Existen dos tipos de combinaciones:Etapas de crecimiento parablico sucesivas
Ley paralineal
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Corrosin a altas
temperaturas
Soldaduras
Son partes frgiles donde comienzageneralmente la corrosin.
La corrosin empieza por las picaduras.
Depende mucho de la calidad del materialde aporte de la soldadura.
Metal simple
Corrosin por picadura
Corrosin por placas
Corrosin uniforme
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CORROSIN UNIFORME10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 44
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CORROSION PELIGROSA EN PLACAS Y PICADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 45
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PROBETAS SOLDADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 46
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EL EXESO DE TEMPERATURA OCASIONA HUECOS10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 47
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PROBETA SOLDADURA EN T PROBETA SOLDADURA EN T10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 48
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SOLDADURA MULTIPLE EN T10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 50
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PICADURA - PLACAS10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 51
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DESGASTE DE LA SOLDADURA POR CORROSION10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 52
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PICADURAS EN EL PUNTO CORTADO CON SOLDADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 53
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PICADURAS EN EL PUNTO CORTADO CON SOLDADURA10/06/2013 D.Sc. Manuel Guerreros Meza 57
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