La Corrosion en La Industria

LA CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA

Juan D. del Olmo Martín

Experto Universitario en Mantenimiento de Medios e Instalaciones Industriales

Experto Universitario en Mantenimiento Predictivo y Diagnosis de Fallos

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LA CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA Juan D. del Olmo Martín

ÍNDICE

ÍNDICE .................................................................................................... 2

1. INTRODUCCIÓN .................................................................................. 3

2. PROCESO DE LA CORROSIÓN................................................................ 3

2.1 CORROSIÓN QUÍMICA ....................................................................... 4

2.2 CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA........................................................... 4

2.3 CORROSIÓN POR AIREACIÓN DIFERENCIAL.......................................... 8

3. REACCIONES Y VEL0CIDAD DE CORROSIÓN ..........................................10

3.1 REACCIONES...................................................................................10

3.2 VELOCIDAD DE CORROSIÓN .............................................................13

4. TIPOS DE CORROSIÓN........................................................................14

4.1 CORROSIÓN UNIFORME....................................................................15

4.2 CORROSIÓN GÁLVANICA ..................................................................16

4.3 CORROSIÓN EN GRIETAS O CREVICE .................................................18

4.4 CORROSIÓN POR PICADURAS O PITTING ............................................19

4.5 CORROSIÓN INTERGRANULAR ...........................................................22

4.6 CORROSIÓN SELECTIVA ...................................................................23

4.7 CORROSIÓN POR EROSIÓN - CORROSIÓN CAVITACIÓN- CORROSIÓN

FRICCIÓN.............................................................................................24

4.8 CORROSIÓN BAJO TENSIÓN..............................................................27

4.9 CORROSIÓN POR FATIGA..................................................................29

4.10 CORROSIÓN POR HIDROGENO.........................................................31

5. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................34

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1. INTRODUCCIÓN

La corrosión se puede definir como la degradación de un material a causa de la

acción del ambiente en el que está inmerso. Esta degradación de debe a la

interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente

deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas.

Vamos a referimos a la corrosión de los metales industriales, del hierro en

particular y de su principal aleación, el acero, producida por el medio en que se

encuentran y que les hace perder sus propiedades útiles, ya sean estas la resistencia

mecánica o la simple apariencia. El medio puede ser externo, como la atmósfera, el

agua del mar, o interno, como el líquido que circula por una tubería o el contenido de

un tanque.

El ejemplo más conocido de corrosión nos lo da la formación de herrumbre en la

superficie del hierro y del acero, que llega a destruir estructuras, carrocerías de

automóviles, barandillas de paseos marítimos, calentadores de agua etc.

Se estima que el 25 % de la producción mundial de acero se destina cada año a

reponer estructuras corroídas, esto supone que entre el 3 y el 4% de PIB de un país

se pierde como consecuencia de los procesos de corrosión y degradación de los

materiales

2. PROCESO DE LA CORROSIÓN

Es importante distinguir dos clases de corrosión: la Corrosión Seca y la Corrosión

Húmeda.

La corrosión se llama seca cuando el ataque se produce por reacción química, sin

intervención de corriente eléctrica.

Se llama húmeda cuando es de naturaleza electroquímica, es decir que se caracteriza

por la aparición de una corriente eléctrica dentro del medio corrosivo. A grandes

rasgos la corrosión química se produce cuando un material se disuelve en un medio

líquido corrosivo hasta que dicho material se consuma o, se sature el líquido.

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2.1 CORROSIÓN QUÍMICA

Bajo esta denominación se estudian aquellos casos en que el metal reacciona

con un medio no-iónico (por ejemplo oxidación en aire a altas temperaturas).

Supongamos que exponemos una superficie metálica limpia a la acción del oxígeno,

el metal comenzará a reaccionar con el oxígeno formando óxidos.

Por ejemplo una pieza de Fe (metal que presenta más de una valencia) calentada al

aire seco, por encima de 500ºC se oxida a apreciable velocidad formando una

película con la siguiente estructura:

Fe FeO Fe3O4 Fe2O3 aire

Se han producido reacciones redox sin la intervención de iones en solución y no ha

habido corrientes eléctricas recorriendo el metal.

2.2 CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA

La mayor parte de los procesos de corrosión del acero se producen por una

reacción electroquímica y suceden en etapas.

El ataque inicial ocurre en las áreas anódicas sobre la superficie, donde los iones

ferrosos son disueltos. De las áreas anódicas se liberan los electrones que se mueven

a través de la estructura metálica, a las áreas catódicas adyacentes existentes en la

superficie, donde se combinan con el oxígeno y con el agua, formando iones

hidroxilos. Éstos reaccionan con los iones ferrosos generados en el ánodo,

produciendo hidróxido terroso que, a su vez, se oxida al aire produciendo el óxido de

hierro hidratado, conocido como herrumbre.

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Todas estas reacciones pueden ser descritas mediante la ecuación:

4 Fe + 3 O2 + 2H2O 2 Fe2O3.H2O

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Dos puntos importantes son consecuencias directas de las consideraciones

anteriores:

1. Para que el acero se corroa, es necesario la presencia simultánea de agua y de

oxígeno. En ausencia de una de estas substancias, no se produce corrosión.

2. Toda la corrosión ocurre en el ánodo (trasmisión de electrones); en el cátodo

no hay corrosión. Pero después de un tiempo y debido a los efectos de

polarización (tal como el crecimiento de la capa de herrumbre en las regiones

anódicas), la velocidad del proceso de corrosión decae substancialmente. En

ese momento se desarrolla un nuevo proceso: las regiones catódicas pasan a

comportarse como anódicas, y viceversa. Los cátodos se transforman en

ánodos y los ánodos en cátodos. De este modo, se va corroyendo toda la

superficie de modo uniforme en un proceso conocido como “corrosión

generalizada”.

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En los procesos de corrosión electroquímica circulan, sobre el material expuesto a

corrosión, corrientes eléctricas. Se demostró que durante la corrosión se cumplen las

leyes de Faraday.

Las causas más frecuentes de estas corrientes eléctricas son:

a. El contacto de dos materiales diferentes, tal como ocurre con el hierro en

contacto con el cobre, el aluminio en contacto con el cobre, el cobre en

contacto con el zinc, etc.

b. La unión de dos partes de un mismo metal mediante un material de

soldadura (Ej. : Fe con Sn-Fe).

c. Presencia de fases diferentes de una misma aleación. Ej. : aceros

inoxidables.

d. Presencia de óxidos conductores de electrones. Por ejemplo óxido de

laminación en chapas de Fe.

e. Diferentes grados de aireación de una pieza metálica.

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f. Corrientes inducidas por circuitos eléctricos mal aislados. Tal es el caso de

corrientes vagabundas en estructuras metálicas enterradas.

g. Impurezas, tensiones en el metal, etc.

Los factores anteriormente mencionados hacen que en el metal existan zonas de

diferente potencial, es decir aparecen zonas anódicas y zonas catódicas

(microelectrodos) que convierten al cuerpo metálico junto con el medio agresivo en

un gran conjunto de micropilas electroquímicas. El medio agresivo puede ser la

delgada capa de humedad que casi inevitablemente recubre a todo cuerpo expuesto

al aire atmosférico.

2.3 CORROSIÓN POR AIREACIÓN DIFERENCIAL

Antes de entrar a considerar este tipo de corrosión, definiremos como

aireación diferencial a la diferencia en el grado de oxigenación, comúnmente por

aireación, que puede existir en diferentes medios contiguos. Decimos “comúnmente

por aireación”, porque también puede ser asociada a la diferencia de oxígeno en

medios con diferentes grados de humedad, o secado.

La corrosión por aireación diferencial o corrosión debida a la presencia de

oxígeno en diferentes zonas metálicas y en diferentes concentraciones. Muy típico es

el ejemplo de una lámina metálica recubierta por una capa de pintura que presenta

un poro, con lo que existe una porción metálica expuesta al aire. Lo curioso es que la

zona que más se corroe es la zona recubierta por la pintura y no la que no esta

recubierta.

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La explicación es sencilla: la zona metálica descubierta esta enfrentada a un medio

con mayor contenido de oxígeno que la zona cubierta y por tanto tenderá a

producirse la reacción de reducción del oxígeno:

O2 + 4H+ + 4e 2H2O

cuyo potencial tenderá hacia valores anódicos al aumentar la concentración de

oxígeno.

La siguiente figura muestra el tipo de corrosión que se produce en una superficie de

hierro sobre la que existe una gota de agua.

La corrosión se da en el centro de la gota.

ÁNODOCÁTOD CÁTODO

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Otro ejemplo de corrosión por aireación diferencial, es el que presenta una barra de

hierro introducida parcialmente en una disolución electrolítica (agua marina), ya que

el ataque se produce en la zona inferior, en la que el contenido de oxígeno es menor.

ÁNODO

CÁTODO

3. REACCIONES Y VEL0CIDAD DE CORROSIÓN

3.1 REACCIONES

Todo proceso de corrosión necesita por lo menos una reacción de oxidación y una

reacción de reducción, las reacciones que tiene lugar durante la corrosión son:

1) Reacciones anódicas: (en zonas anódicas)

Las reacciones anódicas que interesan son las de disolución del material afectado, o

sea, el pasaje de iones metálicos de la red metálica al medio corrosivo.

Ejemplo:

Metal Metal n+ + ne-

Fe Fe2+ + 2e-

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Zn Zn2+ + 2e-


Los electrones originan una corriente eléctrica que circula dentro del metal

(conducción metálica).

2) Reacciones catódicas: (en zonas catódicas)

Una de las reacciones catódicas más importantes que se produce en los procesos de

corrosión es la reducción del oxígeno.

O2+ 4 H+ + 4 e- 2 H2O

Esta reacción ocurre en casi todos los procesos de corrosión en medio acuoso.

Otra reacción catódica importante, en especial en los casos de corrosión en ácidos o

en ausencia de oxígeno es la de desprendimiento de hidrógeno: pH< 4.3

2 H+ + 2 e- H2

El hidrógeno formado en esta reacción puede desprenderse y pasar al medio

ambiente o puede ser absorbido por un metal en proceso de corrosión. En el segundo

caso, el metal puede formar hidruros o fragilizarse.

Otra reacción catódica en zona bastante oxigenada puede ser:

O2+ 2 H2 O + 4 e- 4 OH- PH > 4.3

Unión de metales con distinto potencial electroquímico

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3) Fenómeno de polarización

Dado que el proceso de corrosión electroquímica corresponde a los procesos

que tienen lugar en los electrodos de una pila galvánica, corresponde conocer los

potenciales de los mismos cuando a través de ellos circula corriente, es decir cuando

el circuito se ha cerrado (pila cortocircuitada).

La determinación de los potenciales de los electrodos de una pila cuando por

ellos circula corriente muestra que dichos potenciales varían apreciablemente. Esta

variación en el potencial de los electrodos cuando se hace circular corriente por los

mismos, se conoce como polarización.

Es decir que la polarización es el cambio en el potencial de un electrodo a medida que

la corriente fluye de o hacia él.

Existen diversas causas de la polarización entre ellas consideraremos:

a) Concentración iónica localizada en las zonas anódicas y catódicas aumentada o

disminuida debido a que la difusión de iones en un medio líquido es lenta.

b) Películas de superficie. Las películas de superficie pueden estar presentes

desde antes del instante en que el metal y medio se pongan en contacto pero

también pueden formarse posteriormente como productos de las reacciones de

corrosión. Las sustancias que las constituyen pueden ser sólidas (por Ej.: un

producto anódico insoluble, digamos, un óxido) o gaseosas (por Ej. : películas

o aún burbujas de gases como oxígeno o hidrógeno). Estas películas

disminuyen o impiden la difusión de iones o sustancias sin carga que forman

parte den las reacciones de corrosión(por Ej.: la llegada de gas oxígeno). Si el

electrodo se recubre completamente por una película de este tipo, la corrosión

ya no puede proseguir y entonces se dice que el metal está pasivado.

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3.2 VELOCIDAD DE CORROSIÓN

Los principales factores que determinan la velocidad de corrosión son:

1. Tiempo de humedecimiento. Corresponde al tiempo transcurrido durante el

cual la humedad relativa del ambiente es superior a un valor dado (por Ej., el

80%) y la temperatura es superior a 0 °C. De modo práctico, es la fracción del

tiempo total de exposición de la estructura durante la cual la superficie ha

estado expuesta a la humedad debido a lluvia, rocío, etc. Por consiguiente,

cuando una superficie de acero desprotegida es sometida a un ambiente seco,

como por Ej., en el interior de una edificación calefaccionada, no sufrirá mucha

corrosión debido a la baja disponibilidad de agua. En estas condiciones no se

requiere pintura, a menos que existan razones puramente estéticas o por

exigencias antifuego.

2. Contaminación atmosférica. El tipo y la cantidad de contaminantes

atmosféricos, tales como el dióxido de azufre, los cloruros, los polvos

depositados, etc., ejercen un importante efecto en el desarrollo de la

corrosión.

a. Sulfatos. Su origen es el gas dióxido de azufre (SO2) producido por la

combustión de los combustibles fósiles. El dióxido de azufre gaseoso

reacciona con el agua existente en la atmósfera, formando ácido

sulfuroso que por ser inestable se oxida formando ácido sulfúrico. Los

ambientes industriales y las grandes ciudades son importantes fuentes

de dióxido de azufre, que por ser un gas muy reactivo, por lo general

no se encuentra muy lejos de las fuentes de emisión.

b. Cloruros. Están presentes en los ambientes marinos. Las

concentraciones más altas de cloruros se encuentran en las regiones

costeras y su concentración disminuye considerablemente cuando nos

distanciamos de la región de impacto de las olas del mar en la playa

hasta cerca de 3 Km. continente adentro. En este intervalo, las

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partículas contenidas en el aerosol marino se sedimentan por gravedad

y también se filtran en la vegetación, en las edificaciones, etc.

Los sulfatos y los cloruros promueven el aumento de la velocidad de corrosión

del acero. Reaccionan con la superficie del acero, produciendo sales ferrosas solubles

que pueden concentrarse en picaduras que a su vez son muy agresivas para el acero.

En un mismo ambiente podemos observar grandes variaciones en la velocidad

de corrosión de los componentes estructurales, en partes de una misma estructura.

Esto puede explicarse por el efecto de la protección, la dirección principal de los

vientos, etc. Son estos «microclimas» que envuelven la estructura, los que

determinan en último análisis, la velocidad de corrosión de sus componentes.

La existencia de grandes variaciones ambientales en las diferentes atmósferas hace

que la velocidad de corrosión no pueda ser generalizada en forma amplia.

4. TIPOS DE CORROSIÓN

Se ha puesto de manifiesto la gran variedad de formas en que puede desarrollarse un

ataque por corrosión. En numerosos casos este deterioro puede producir la rápida

inutilización de un determinado material en servicio o producir la rotura catastrófica

del mismo.

Es conveniente realizar la clasificación de los procesos de corrosión según su

morfología, es decir en base a la apariencia del material corroído. De esta forma pude

ser identificada por la mera observación visual, muchas veces a simple vista.

El modo de ataque es, por tanto, una característica fundamental a conocer en

las interacciones metal-medio, si se pretende eliminar o al menos minimizar y

controlar la acción de los procesos de corrosión, manteniendo un adecuado

funcionamiento de las instalaciones industriales. Analizaremos a continuación los

diferentes tipos de ataques y roturas producidos por corrosión, indicando las causas

fundamentales de su desarrollo y siempre que sea posible la mejor forma de

evitarlos.

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4.1 CORROSIÓN UNIFORME

La corrosión uniforme consiste en una disolución o deterioro gradual de un

material por la acción de un medio agresivo. A escala macroscópica no existe un

ataque preferente en la superficie del metal, un ejemplo puede ser la corrosión de

una pieza de cinc en una solución de ácidos. Un análisis más detallado del proceso

podría apreciar la presencia de zonas más activas que otras frente a la Materiales y

Diseño de Equipos e Instalaciones corrosión, puntos de localización de impurezas,

bordes de grano, zonas deformadas, etc.; pero en cualquier caso toda la superficie

sufrirá un proceso muy similar de deterioro.

La sustitución del material atacado por otro de mayor resistencia al medio puede ser

una buena solución a este tipo de corrosión, así como la adición de inhibidores de la

reacción o pasivadores del material.

En otros casos la solución es estimar el tiempo de vida útil del componente sometido

a corrosión y calcular el sobredimensionamiento necesario para su permanencia en

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servicio durante un tiempo limitado, para proceder una vez concluido este, a su

sustitución por un nuevo componente.

Esta es la forma más benigna de corrosión pues permite calcular fácilmente la vida

útil de los materiales corroídos.

4.2 CORROSIÓN GÁLVANICA

Aparece cuando dos metales o aleaciones distintas, en contacto, se exponen a

soluciones o atmósferas agresivas. El material más electronegativo aumenta su

velocidad de corrosión, mientras que en el más noble disminuye.

La reacción galvánica será tanto más intensa cuanta mayor diferencia

electrónica exista entre los materiales en contacto y cuanto mayor es la

conductividad del electrólito.

En cualquier caso hay que tener presente que no se puede anticipar con

seguridad la magnitud de los efectos galvánicos a partir exclusivamente de los

potenciales normales de electrodo de los diferentes metales, ya que por un lado el

metal no se hallará frente a una solución de sus iones de actividad unidad, y por otro

la corriente galvánica solo depende parcialmente de la diferencia de potencial entre

los dos metales, pues el recorrido de las curvas de polarización anódica y catódica

condiciona la intensidad de corriente disponible y por tanto la velocidad de

funcionamiento de la pila galvánica.

La relación entre las áreas expuestas de los dos materiales tiene normalmente

un decisivo papel. Al ser la velocidad de corrosión función de la densidad de corriente

existente, una pequeña área anódica frente a una gran área catódica conducirá a una

rápida corrosión de aquella en cambio, con una relación contraria el proceso de

corrosión será muy lento, al repartirse una densidad de corriente limitada a lo largo

de una considerable superficie anódica.

Otros factores como la formación de una capa pasiva en la superficie metálica

pueden modificar drásticamente el proceso de ataque al reducir el flujo de corriente,

al igual que otros procesos de pasivación, como una lenta difusión del oxígeno que

pueda limitar la velocidad de la reacción catódica.

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Corrosión gálvanica en brida de filtro de agua de mar

La posible producción catódica de hidrógeno puede, por otro lado, producir una

fragilización del material, si este es susceptible, con el consiguiente peligro de rotura

de la pieza.

Corrosión gálvanica en pared de filtro de agua de mar

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En las fotografías precedentes puede observarse que el material adyacente al

corroído, prácticamente no tiene ningún tipo de daño.

4.3 CORROSIÓN EN GRIETAS O CREVICE

La corrosión por crevice o por fisuras es la que se produce en pequeñas

cavidades o huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o

diferente a la primera, o más comúnmente con un elemento no- metálico. En las

fisuras de ambos metales, que también pueden ser espacios en la forma del objeto,

se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. Se dice, en estos casos,

que es una corrosión con ánodo estancado, ya que esa solución, a menos que sea

removida, nunca podrá salir de la fisura.

Además, esta cavidad se puede generar de forma natural, producto de la

interacción iónica entre las partes que constituyen la pieza.

Algunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes:

• Rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.

• Cerrar las fisuras con materiales no-absorbentes o incorporar una barrera para

prevenir la humedad.

• Prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.

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4.4 CORROSIÓN POR PICADURAS O PITTING

La corrosión por picaduras es un ataque localizado concentrado en áreas muy

reducidas, suele presentarse en materiales reactivos que deben su estabilidad a la

existencia de una película de óxido pasiva superficialmente.

Las picaduras se inician en puntos de discontinuidad de las capas de óxido,

imperfecciones o daños sufridos en la película, o cuando las condiciones del medio

ambiente son propicias al fenómeno, presencia de elementos inestabilizadores como

los iones cloruro o presencia de depósitos, materia orgánica u otra circunstancia que

pueda producir condiciones de heterogeneidad ambiental como la aireación

diferencial.

Una de las características especiales de las picaduras es que la reacción

anódica está muy localizada en pequeños puntos, mientras que la reacción catódica

tiene lugar en toda la superficie, lo que puede producir un proceso corrosivo muy

rápido, de manera que aunque la cantidad de material atacado sea pequeña, los

daños producidos pueden ser considerables, en particular cuando el material está

destinado a contener fluidos, al existir el riesgo de una rápida perforación.

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Los análisis realizados en la generación de picaduras parecen indicar que

existe un potencial crítico en el metal por debajo del cual el fenómeno no ocurre. Los

estudios de como los iones agresivos desestabilizan la capa pasiva produciendo su

posterior rotura, sugieren que el potencial crítico de generación de picaduras es aquel

en el que el ión agresivo es capaz de adherirse a la capa pasiva desplazando al

oxígeno del óxido existente.

Corrosión exterior e interior por picaduras

Los puntos de la superficie donde existe una mayor predisposición para la

generación de picaduras son bordes de grano y de macla, puntos de emergencia de

dislocaciones, inclusiones de óxidos y sulfuros, así como partículas metálicas y no

metálicas que contaminen la superficie.

Una vez generada la picadura se ha sugerido un desarrollo autocatalítico de la

misma, en el sentido de que el propio funcionamiento de la pila local genera cambios

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que aumentan la diferencia de potencial entre ánodo y cátodo, afianzada por la

diferencia de acidez entre las áreas anódica y catódica, consolidando de esta forma la

pila formada.

Las picaduras aparecen frecuentemente en materiales como aluminio, cinc,

magnesio, titanio, acero al carbono, acero inoxidable, etc.; en condiciones de

pasividad.

En el aluminio la reacción de corrosión produce un engrosamiento de la

película de alúmina tendiendo el álcali formado durante la reacción, a disolverla. Los

aceros inoxidables sufren un fuerte picado, en presencia de cloruros en soluciones

aireadas, asociado a una pérdida localizada de la pasividad. En condiciones de

desaireación no aparecen picaduras, pero puede producirse un fuerte ataque

generalizado en toda su superficie.

Corrosión por picaduras

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4.5 CORROSIÓN INTERGRANULAR

El borde de grano en un metal puro es más propenso al ataque que el propio

grano por ser una zona de energía superficial más elevada, son puntos de unión de

dos granos con estructura atómica más abierta y menos regular, explicándose por

esta razón su mayor velocidad de disolución respecto a la del resto del material. Los

bordes de grano de las aleaciones son lugares donde adicionalmente concurren otros

fenómenos que favorecen las reacciones de corrosión, tales como la segregación de

impurezas o la precipitación de fases secundarias.

Si los componentes presentes en el borde de grano son anódicos respecto al

resto del material, la corrosión se produce por disolución de estas zonas. En el caso

de ser dichos componentes catódicos respecto al resto del material, el ataque se

localiza sobre una región inmediatamente vecina al borde de grano.

En ambos casos, este proceso de corrosión es muy peligroso, ya que aunque la

cantidad de metal atacada sea pequeña, la corrosión intergranular puede haber

alcanzado una profundidad importante dentro del material con una disminución de la

sección resistente que pueda llevar a la destrucción de la estructura.

Un adecuado tratamiento térmico puede reducir el ataque intergranular en materiales

como los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio susceptibles a este tipo de

ataque. La adición de estabilizadores de la estructura ha dado asimismo resultados

positivos en muchos materiales.

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4.6 CORROSIÓN SELECTIVA

Algunos autores la consideran un tipo dentro de la corrosión por picaduras

(pitting).

La corrosión selectiva es un tipo de corrosión que ataca a un solo elemento de una

aleación disolviéndolo en la estructura de la aleación. Como consecuencia, la

estructura de la aleación se debilita.

Un claro ejemplo es la descincación del latón no estabilizado, que provoca una

estructura de cobre porosa y debilitada. Asimismo, la grafitación del hierro fundido

gris, deja un esqueleto de grafito quebradizo por la disolución del hierro.

La corrosión selectiva se presenta en aleaciones en los que los aleantes

difirieren bastante entre sí por sus potenciales electro-químicos. El elemento más

electro-negativo (activo) se disuelve, quedando una estructura esponjosa de malas

propiedades metálicas.

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Quizás la parte más nociva de esta clase de ataques está en que la corrosión

del metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras y hace parecer al

metal corroído como si no lo estuviera, por lo que es muy fácil que se produzcan

daños en el metal al someterlo a una fuerza mecánica.

4.7 CORROSIÓN POR EROSIÓN - CORROSIÓN CAVITACIÓN- CORROSIÓN FRICCIÓN

En este caso se trata de una conjunción de factores, electroquímicos y

mecánicos.

4.7.1 Corrosión erosión

Se entiende corrosión por erosión como el deterioro causado por líquidos en

movimiento laminar o turbulento sobre superficies metálicas. La velocidad de

corrosión dependerá de la velocidad de flujo del líquido y de su composición.

En el caso de líquidos que contengan partículas sólidas en suspensión con

velocidades de circulación inferiores a 1 m/s, estos sólidos se depositarán originando

corrosión por aireación diferencial, con lo cual no será recomendable bajar de dicha

velocidad.

La importancia relativa del desgaste mecánico y la corrosión, es a menudo

difícil de establecer y varia grandemente de una situación a otra, y el mecanismo de

la erosión generalmente se atribuye a la remoción de películas superficiales

protectoras, como por ejemplo, películas de óxido formadas por el aire, o bien,

productos adherentes de la corrosión.

La corrosión por erosión, generalmente tiene la apariencia de picaduras poco

profundas de fondo terso, y el ataque puede presentar también una distribución

direccional debido al camino seguido por el agente agresivo cuando se mueve sobre

la superficie del metal.

Este tipo de corrosión prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia,

choque, etc., y frecuentemente se observa en impulsores de bombas, agitadores y en

codos y cambios de dirección de tuberías. Los líquidos con suspensión conteniendo

partículas sólidas duras pueden igualmente causar este tipo de problema.


La corrosión por erosión puede ser evitada por cambios de diseño o por selección de

materiales más resistentes.

4.7.2 Corrosión fricción (fretting)

La corrosión por desgaste (fretting) ocurre cuando las piezas de metal se

deslizan una sobre la otra, causando daño mecánico a una o ambas piezas y el

deslizamiento es generalmente un resultado de la vibración.

La corrosión se cree que juega uno de los siguientes papeles: el calor de la

fricción oxida el metal y a continuación el óxido se desgasta, o bien, la remoción

mecánica de las partículas protectoras de óxido, o los productos de la corrosión

resultantes, dan como resultado la exposición de superficies limpias del metal al

medio agresivo, en tal forma que el fenómeno corrosivo se acelera.

La corrosión por deslizamiento se atenúa utilizando materiales de construcción

más duros, empleando lubricación o bien incrementando la fricción hasta un punto tal

en que el deslizamiento es imposible.

Corrosión por fricción en buje

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4.7.3 Corrosión cavitación

El fenómeno de cavitación consiste en la formación y posterior implosión de

burbujas de vapor en el seno de un fluido, en el cual la presión hidrostática

disminuye temporalmente por debajo de la presión de vapor del líquido. Estas

presiones tan bajas se producen o bien por elevadas velocidades de flujo o por

vibraciones, pudiendo contener las burbujas, además del vapor del líquido, gases

disueltos como oxígeno, nitrógeno, etc.

1. La presión disminuye formando burbujas 2. Presión en aumento 3. Aumento de la presión sobre la superficie metálica 4. La burbuja implosiona, creando una presión de hasta 500 bar, que desprende partículas del

metal

Las burbujas, al alcanzar el fluido una presión superior a la de vapor del

liquido, desaparecen bruscamente por implosión, donde pueden producirse presiones

de hasta varias decenas de miles de atmósferas en superficies muy pequeñas. Si

estas implosiones se verifican sobre una superficie metálica, se producirá un fuerte

impacto del líquido con velocidades de hasta 500 m/s, que llevarán a la rotura de la

capa protectora del metal con la formación de hendiduras que serán sitios

preferentes para la implosión de nuevas burbujas cavitacionales.

La película de óxido no llega a regenerarse por completo, repitiéndose el proceso

hasta el deterioro del material. Este tipo de ataque muy característico puede

apreciarse en turbinas, en centrífugas, etc.

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Daños por cavitación

4.8 CORROSIÓN BAJO TENSIÓN

Muchas aleaciones experimentan agrietamiento, en ciertos medios corrosivos,

cuando están sometidas a fuerzas externas o tensiones residuales. La tensión

necesaria para poner de manifiesto la corrosión bajo tensión puede ser bastante

inferior al límite elástico.

Para un gran número de aleaciones no parece existir un umbral de tensión por

debajo del cual deje de presentarse el fenómeno, a pesar de la cantidad de estudios

realizados para determinar este valor en multitud de aleaciones. El agrietamiento por

corrosión bajo tensión es propio de las aleaciones, aun cuando se hayan citado casos

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de metales "puros" que lo han presentado, explicables probablemente por las

impurezas residuales contenidas en el metal.

La rotura por corrosión bajo tensión ocurre frecuentemente sin la aparición de

señales previas que pudieran servir de aviso. El medio corrosivo responsable del

agrietamiento es altamente específico para cada aleación, siendo el ión cloruro uno

de los responsables más activos de la aparición de este tipo de fenómenos.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión es un fenómeno combinado.

Requiere tanto la acción de una fuerza tensora como la presencia de un medio

corrosivo específico. La supresión de cualquiera de estos factores evitará la iniciación

de grietas o detendrá las que estén ya propagándose.

El primer paso de la corrosión bajo tensión de un material expuesto a un

medio corrosivo será la eliminación de la película de óxido formada en su superficie,

una vez ha quedado expuesto el metal desnudo, este sufre un ataque con formación

de picaduras o corrosión intergranular.

La rotura de la capa de óxido puede producirse por agrietamiento de la misma

en presencia de tensiones localizadas, cambios de potencial en dichas zonas u otras

diversas causas.

Las primeras teorías del agrietamiento por corrosión bajo tensión suponían la

existencia de un mecanismo en dos etapas. En primer lugar, una reacción

electroquímica que producía una picadura donde se elevaba localmente la tensión y a

partir de ella, en segundo lugar, la propagación de la grieta una corta distancia,

rompiendo la capa de óxido de menor resistencia, para volver a iniciarse de nuevo la

reacción electroquímica.

Este mecanismo de propagación de la grieta en dos etapas ha sido comprobado con

el acero dulce en soluciones de nitratos y con aleaciones de aluminio midiendo los

cambios súbitos de potencial de las probetas.

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En los aceros inoxidables austeníticos y otras aleaciones, en presencia de iones

cloruro, se ha sugerido que el mecanismo consta de un solo paso. Los iones cloruro

disuelven continuamente el material, que sufre rápida deformación en el fondo de

grieta Se ha formulado la hipótesis de que en el fondo de grieta no solo se deforma el

metal a alta velocidad, sino que hay también una renovación continua de la solución

de ataque.

Las variaciones en los porcentajes de elementos presentes en pequeña cantidad en

una determinada aleación pueden ejercer un pronunciado efecto sobre la

susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión, tanto en el sentido de

estabilizar la estructura como en el contrario, favoreciendo la formación de fases

insolubles que aceleren el proceso corrosivo.

4.9 CORROSIÓN POR FATIGA

La fatiga es un fenómeno de agrietamiento que se pone de manifiesto en los

materiales cuando se encuentran sometidos a la acción de esfuerzos repetidos o

cíclicos.

La acción simultanea de una carga cíclica y la presencia de un medio agresivo,

produce una significativa aceleración del proceso de rotura, esta interacción de

ambos procesos se conoce como corrosión-fatiga o fatiga con corrosión.

El comportamiento de los metales sometidos a esfuerzos alternativos en función del

número de ciclos y de la amplitud de la tensión aplicada, suelen presentar el llamado

"límite de fatiga", tensión por debajo de la cual el metal no sufre rotura por

numeroso que sea el número de ciclos, en un medio inerte.

En ambientes corrosivos no se da este límite y las piezas acaban por romperse,

aunque las tensiones sean pequeñas.

A diferencia del agrietamiento por corrosión bajo tensión, la corrosión - fatiga no

requiere para cada material un medio específico, sino que se presenta en cualquier

medio corrosivo, en especial si produce un ataque localizado.

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Esta peculiaridad determina que del comportamiento que presenta una pieza a la

fatiga, en medio inerte, no se puede deducir su duración en servicio, si está expuesta

simultáneamente a un medio agresivo.

La corrosión-fatiga en relación con otros fenómenos de agrietamiento subcrítico como

la corrosión bajo tensión o el agrietamiento por hidrógeno, presenta una serie de

peculiaridades específicas:

No se produce únicamente en aleaciones, sino también en metales puros.

No existe un medio ambiente específico para cada material que provoque el

agrietamiento, cualquier medio puede ponerlo de manifiesto siempre que

actúe durante un tiempo suficiente.

La velocidad del ataque producido varia en función de la agresividad del

ambiente de forma similar al desarrollo de un proceso de corrosión.

De acuerdo con esto, las medidas utilizadas para prevenir un proceso genérico de

corrosión, son también adecuadas para limitar y controlar el fenómeno de la

corrosión-fatiga, tales como la protección catódica, adición de inhibidores,

recubrimientos, etc. Entre los factores que ejercen un influjo notable sobre la

resistencia a la corrosión-fatiga pueden enumerarse los siguientes:

La frecuencia de los ciclos: Al disminuir la frecuencia de los ciclos,

manteniendo el mismo nivel de cargas, aumenta la sensibilidad a la corrosión-

fatiga, ya que entonces se produce un contacto más prolongado entre el

material y el medio corrosivo desde un ciclo hasta el siguiente, produciéndose

una oxidación superficial más acusada y por tanto una aceleración del proceso.

Naturaleza del material: La capacidad de pasivarse en un determinado

ambiente. Será función directa de las características del material. Si el metal

no se pasiva fácilmente, se producirán numerosos puntos de ataque, donde

podrán iniciarse fisuras, produciéndose una superficie de rotura rugosa y llena

de fisuras. En los materiales pasivables se formará un número de fisuras

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mucho menor, ya que se necesita una concentración elevada de dislocaciones

para producir una rotura en la capa de óxido superficial.

Configuración superficial: El estado superficial va a incidir directamente en que

se pueda producir con facilidad o dificultad la microfisuración inicial. Por ello la

deformación en frío suele ser perjudicial al producir conformación plástica,

surcos, pequeñas entalladuras, etc. En cambio si se produce un proceso de

endurecimiento superficial, se dificultarán los mecanismos de deslizamiento, y

por consiguiente, la aparición de grietas. Es por esto que suele ser beneficioso

recubrir la superficie con una capa electrodepositada de mayor dureza que el

metal base. En cualquier caso deben evitarse en esta capa esfuerzos tensores

y la introducción de hidrógeno atómico. Un chorreado con granalla esférica

puede ser recomendable al originarse en la superficie esfuerzos de compresión

que mantienen cerradas la microfisuras.

Medio corrosivo: La naturaleza del medio tiene una influencia decisiva sobre la

velocidad con que se producen el agrietamiento y la rotura. Puede destacarse

la importancia del pH, el contenido en oxígeno, la temperatura y sobre todo la

presencia de cloruros y otros componentes de elevada agresividad. Así, en el

agua dulce industrial o destilada los aceros al carbono, aceros inoxidables y

bronces de aluminio presentan una buena resistencia a la fatiga, pero en agua

marina las características de los bronces de aluminio y aceros inoxidables se

reducen entre un 20-300/0, pudiendo alcanzarse en otros materiales

reducciones hasta el 70%.

La protección catódica puede evitar el agrietamiento por corrosión bajo tensión,

puesto que la disolución anódica interviene durante una parte, al menos, del proceso

de propagación de la grieta.

4.10 CORROSIÓN POR HIDROGENO

Algunas aleaciones sufren rotura bajo tensión en medios corrosivos a

consecuencia de la entrada de átomos de hidrógeno en la red de la aleación. Este

fenómeno se conoce como fragilización por hidrógeno.

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Varias son las causas posibles de formación de H, entre ellos destacaremos:

Por reacción catódica de electronización de protones si el metal opera en

medio ácido.

Por hidrólisis del catión en cavidades de difícil regeneración del electrolito,

como zonas de resquicio o picaduras.

Por reducción del agua si el material metálico se sitúa a potenciales

inferiores a los marcados por la línea de reducción del disolvente, típico en

estructuras protegidas católicamente.

Parte de los átomos de hidrógeno son adsorbidos sobre la superficie metálica antes

de originar la molécula de hidrógeno.

Teniendo en cuenta que el átomo de hidrógeno se difunde intersticialmente y que su

masa es sumamente pequeña, los coeficientes de difusión en estado sólido, incluso a

temperatura ambiente, son razonablemente altos.

De acuerdo con esto se produce la entrada por difusión intersticial de átomos de

hidrógeno hacia el interior de la red cristalina del metal.

Formación de grietas internas originadas por hidrógeno

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Ampollas de hidrógeno

Cuando el átomo de hidrógeno ocupa una posición intersticial se produce una

ligera deformación de la red cristalina, aumentando la energía de deformación de la

red cristalina. Apareciendo microgrietas internas que reducen apreciablemente la

capacidad de deformación del metal, aumentando su fragilidad.

Este nivel de fragilidad aumenta con la cantidad de hidrógeno presente en la red

cristalina.

Zona metálica dañada por hidrógeno

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5. BIBLIOGRAFÍA

Otero Huerta E. ; “Corrosión y Degradación de Materiales”. Editorial Síntesis,

septiembre 2001.

Bilirrubina Alter, L. Liesa Mestres, F. Iribarren Laco, J.I ; “Corrosión y Protección”.

Ediciones Universidad Politécnica de Cataluña, octubre 2003.

Alfonso J. Vázquez Vaamonde. “Diseño y Corrosión” Centro Nacional de

Investigaciones Metalúrgicas, CENIM, CSIC,

Florez María E, Ruiz José. “La galvanización en caliente” Departamento Técnico de

la Asociación Técnica Española de Galvanización.

Universidad Politécnica de Cartagena. Departamento de Ingeniería de Materiales y

Fabricación. Curso sobre corrosión en aceros.

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La Corrosion en La Industria

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