Corrosión

La corrosión es un proceso natural que convierte un metal refinado en un óxido químicamente más estable. Es la destrucción gradual de materiales (generalmente un metal) por reacción química o electroquímica con su entorno. La ingeniería de corrosión es el campo dedicado a controlar y prevenir la corrosión.

En el uso más común de la palabra, esto significa oxidación electroquímica de un metal en reacción con un oxidante como oxígeno, hidrógeno o hidróxido. La oxidación, la formación de óxidos de hierro, es un ejemplo bien conocido de corrosión electroquímica. Este tipo de daño generalmente produce óxido(s) o sal(es) del metal original y da como resultado una coloración naranja distintiva. La corrosión también puede ocurrir en materiales que no sean metales, como cerámica o polímeros, aunque en este contexto, el término "degradación" es más común. La corrosión degrada las propiedades útiles de los materiales y estructuras, incluida la resistencia, el aspecto y la permeabilidad a líquidos y gases.

Muchas aleaciones estructurales se corroen simplemente por la exposición a la humedad del aire, pero el proceso puede verse fuertemente afectado por la exposición a ciertas sustancias. La corrosión puede concentrarse localmente para formar un hoyo o grieta, o puede extenderse a través de un área amplia corroyendo la superficie de manera más o menos uniforme. Debido a que la corrosión es un proceso controlado por difusión, ocurre en superficies expuestas. Como resultado, los métodos para reducir la actividad de la superficie expuesta, como la pasivación y la conversión de cromato, pueden aumentar la resistencia a la corrosión de un material. Sin embargo, algunos mecanismos de corrosión son menos visibles y menos predecibles.

La química de la corrosión es compleja; se puede considerar un fenómeno electroquímico. Durante la corrosión en un punto particular de la superficie de un objeto hecho de hierro, tiene lugar la oxidación y ese punto se comporta como un ánodo. Los electrones liberados en este punto anódico se mueven a través del metal y van a otro punto del metal y reducen el oxígeno en ese punto en presencia de H (que se cree que está disponible a partir del ácido carbónico (H ₂ CO ₃) formado debido a la disolución de dióxido de carbono del aire al agua en condiciones de aire húmedo de la atmósfera. Los iones de hidrógeno en el agua también pueden estar disponibles debido a la disolución de otros óxidos ácidos de la atmósfera). Este punto se comporta como un cátodo.

Corrosión galvánica

La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales diferentes tienen contacto físico o eléctrico entre sí y se sumergen en un electrolito común, o cuando el mismo metal se expone a electrolitos con diferentes concentraciones. En un par galvánico, el metal más activo (ánodo) se corroe a un ritmo acelerado y el metal más noble (el cátodo) se corroe a un ritmo más lento. Cuando se sumerge por separado, cada metal se corroe a su propio ritmo. El tipo de metal a utilizar se determina fácilmente siguiendo la serie galvánica. Por ejemplo, el zinc se usa a menudo como ánodo de sacrificio para estructuras de acero. La corrosión galvánica es de gran interés para la industria marina y también en cualquier lugar donde el agua (que contiene sales) entre en contacto con tuberías o estructuras metálicas.

Factores como el tamaño relativo del ánodo, los tipos de metal y las condiciones de operación (temperatura, humedad, salinidad, etc.) afectan la corrosión galvánica. La relación del área superficial del ánodo y el cátodo afecta directamente las tasas de corrosión de los materiales. La corrosión galvánica a menudo se evita mediante el uso de ánodos de sacrificio.

Serie galvánica

En cualquier entorno dado (un medio estándar es agua de mar aireada a temperatura ambiente), un metal será más noble o más activo que otros, según la fuerza con la que sus iones estén unidos a la superficie. Dos metales en contacto eléctrico comparten los mismos electrones, por lo que el "tira y afloja" en cada superficie es análogo a la competencia por electrones libres entre los dos materiales. Usando el electrolito como anfitrión para el flujo de iones en la misma dirección, el metal noble tomará electrones del activo. El flujo másico resultante o la corriente eléctrica se pueden medir para establecer una jerarquía de materiales en el medio de interés. Esta jerarquía se denomina serie galvánica y es útil para predecir y comprender la corrosión.

Eliminación de corrosión

A menudo es posible eliminar químicamente los productos de la corrosión. Por ejemplo, el ácido fosfórico en forma de jalea naval a menudo se aplica a herramientas o superficies ferrosas para eliminar el óxido. La eliminación de la corrosión no debe confundirse con el electropulido, que elimina algunas capas del metal subyacente para hacer una superficie lisa. Por ejemplo, el ácido fosfórico también se puede usar para electropulir el cobre, pero lo hace eliminando el cobre, no los productos de la corrosión del cobre.

Resistente a la corrosión

Algunos metales son intrínsecamente más resistentes a la corrosión que otros (para ver algunos ejemplos, consulte la serie galvánica). Hay varias formas de proteger los metales de la corrosión (oxidación), incluida la pintura, la galvanización por inmersión en caliente, la protección catódica y sus combinaciones.

Química intrínseca

Los materiales más resistentes a la corrosión son aquellos para los que la corrosión es termodinámicamente desfavorable. Cualquier producto de la corrosión del oro o el platino tiende a descomponerse espontáneamente en metal puro, razón por la cual estos elementos se pueden encontrar en forma metálica en la Tierra y se han valorado durante mucho tiempo. Los metales "base" más comunes solo pueden protegerse por medios más temporales.

Algunos metales tienen una cinética de reacción naturalmente lenta, aunque su corrosión es termodinámicamente favorable. Estos incluyen metales tales como zinc, magnesio y cadmio. Si bien la corrosión de estos metales es continua y constante, ocurre a un ritmo aceptablemente lento. Un ejemplo extremo es el grafito, que libera grandes cantidades de energía al oxidarse, pero tiene una cinética tan lenta que es inmune a la corrosión electroquímica en condiciones normales.

Pasivación

La pasivación se refiere a la formación espontánea de una película ultrafina de productos de corrosión, conocida como película pasiva, sobre la superficie del metal que actúa como barrera para una mayor oxidación. La composición química y la microestructura de una película pasiva son diferentes del metal subyacente. El espesor típico de la película pasiva en aluminio, acero inoxidable y aleaciones está dentro de los 10 nanómetros. La película pasiva es diferente de las capas de óxido que se forman con el calentamiento y están en el rango de espesor de micrómetros: la película pasiva se recupera si se quita o se daña, mientras que la capa de óxido no. La pasivación en entornos naturales como el aire, el agua y el suelo a un pH moderado se observa en materiales como el aluminio, el acero inoxidable, el titanio y el silicio.

La pasivación está determinada principalmente por factores metalúrgicos y ambientales. El efecto del pH se resume usando diagramas de Pourbaix, pero muchos otros factores influyen. Algunas condiciones que inhiben la pasivación incluyen un pH alto para el aluminio y el zinc, un pH bajo o la presencia de iones de cloruro para el acero inoxidable, una temperatura alta para el titanio (en cuyo caso el óxido se disuelve en el metal, en lugar del electrolito) y los iones de fluoruro para el silicio.. Por otro lado, las condiciones inusuales pueden resultar en la pasivación de materiales que normalmente están desprotegidos, como lo hace el ambiente alcalino del concreto con las barras de refuerzo de acero. La exposición a un metal líquido como el mercurio o la soldadura caliente a menudo puede eludir los mecanismos de pasivación.

Corrosión en materiales pasivados

La pasivación es extremadamente útil para mitigar el daño por corrosión; sin embargo, incluso una aleación de alta calidad se corroerá si su capacidad para formar una película de pasivación se ve obstaculizada. La selección adecuada del grado correcto de material para el entorno específico es importante para el rendimiento duradero de este grupo de materiales. Si se produce una ruptura en la película pasiva debido a factores químicos o mecánicos, los principales modos de corrosión resultantes pueden incluir corrosión por picaduras, corrosión por grietas y agrietamiento por corrosión bajo tensión.

Corrosión por picadura

Ciertas condiciones, como bajas concentraciones de oxígeno o altas concentraciones de especies como el cloruro que compiten como aniones, pueden interferir con la capacidad de una aleación dada para volver a formar una película pasivante. En el peor de los casos, casi toda la superficie permanecerá protegida, pero pequeñas fluctuaciones locales degradarán la película de óxido en algunos puntos críticos. La corrosión en estos puntos se amplificará en gran medida y puede causar picaduras de corrosión.de varios tipos, dependiendo de las condiciones. Si bien las picaduras de corrosión solo se nuclean en circunstancias bastante extremas, pueden continuar creciendo incluso cuando las condiciones vuelven a la normalidad, ya que el interior de una picadura se ve naturalmente privado de oxígeno y, localmente, el pH disminuye a valores muy bajos y la tasa de corrosión aumenta debido a un proceso autocatalítico. En casos extremos, las puntas afiladas de las picaduras de corrosión extremadamente largas y estrechas pueden causar una concentración de tensión hasta el punto de que, de lo contrario, las aleaciones resistentes pueden romperse; una película delgada atravesada por un pequeño agujero invisible puede ocultar un hoyo del tamaño de un pulgar de la vista. Estos problemas son especialmente peligrosos porque son difíciles de detectar antes de que falle una pieza o estructura. Las picaduras siguen estando entre las formas más comunes y dañinas de corrosión en aleaciones pasivadas,pero se puede prevenir mediante el control del entorno de la aleación.

Las picaduras se producen cuando se forma un pequeño orificio o cavidad en el metal, generalmente como resultado de la despasivación de un área pequeña. Esta zona se vuelve anódica, mientras que parte del metal restante se vuelve catódico, produciendo una reacción galvánica localizada. El deterioro de esta pequeña área penetra en el metal y puede provocar fallas. Esta forma de corrosión suele ser difícil de detectar debido al hecho de que suele ser relativamente pequeña y puede estar cubierta y ocultada por compuestos producidos por la corrosión.

Deterioro de la soldadura y ataque de la línea de cuchillo

El acero inoxidable puede presentar desafíos especiales de corrosión, ya que su comportamiento de pasivación se basa en la presencia de un componente de aleación principal (cromo, al menos 11,5 %). Debido a las elevadas temperaturas de la soldadura y el tratamiento térmico, se pueden formar carburos de cromo en los límites de grano de las aleaciones de acero inoxidable. Esta reacción química le roba cromo al material en la zona cercana al límite de grano, lo que hace que esas áreas sean mucho menos resistentes a la corrosión. Esto crea un par galvánico con la aleación bien protegida cercana, lo que conduce a la "decadencia de la soldadura" (corrosión de los límites de grano en las zonas afectadas por el calor) en ambientes altamente corrosivos. Este proceso puede reducir seriamente la resistencia mecánica de las uniones soldadas con el tiempo.

Se dice que un acero inoxidable está "sensibilizado" si se forman carburos de cromo en la microestructura. Una microestructura típica de un acero inoxidable tipo 304 normalizado no muestra signos de sensibilización, mientras que un acero muy sensibilizado muestra la presencia de precipitados en el límite de grano. Las líneas oscuras en la microestructura sensibilizada son redes de carburos de cromo formadas a lo largo de los límites de grano.

Las aleaciones especiales, ya sea con bajo contenido de carbono o con agregados de carbono como el titanio y el niobio (en los tipos 321 y 347, respectivamente), pueden evitar este efecto, pero estas últimas requieren un tratamiento térmico especial después de la soldadura para evitar el fenómeno similar de "ataque de línea de cuchillo". Como su nombre lo indica, la corrosión se limita a una zona muy estrecha adyacente a la soldadura, a menudo de unos pocos micrómetros de ancho, lo que la hace aún menos perceptible.

Corrosión por grietas

La corrosión por fisuras es una forma localizada de corrosión que se produce en espacios confinados (fisuras), a los que se limita el acceso del fluido de trabajo del entorno. La formación de una celda de aireación diferencial conduce a la corrosión dentro de las grietas. Ejemplos de grietas son espacios y áreas de contacto entre partes, debajo de juntas o sellos, grietas y costuras internas, espacios llenos de depósitos y debajo de pilas de lodo.

La corrosión por grietas está influenciada por el tipo de grieta (metal-metal, metal-no metal), la geometría de la grieta (tamaño, acabado superficial) y factores metalúrgicos y ambientales. La susceptibilidad a la corrosión por grietas se puede evaluar con los procedimientos estándar de ASTM. Una temperatura crítica de corrosión en grietas se usa comúnmente para clasificar la resistencia de un material a la corrosión en grietas.

Ranurado de hidrógeno

En la industria química, el ranurado por hidrógeno es la corrosión de las tuberías por las ranuras creadas por la interacción de un agente corrosivo, los componentes de la tubería corroídos y las burbujas de gas hidrógeno. Por ejemplo, cuando el ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄) fluye a través de las tuberías de acero, el hierro del acero reacciona con el ácido para formar una capa de pasivación de sulfato de hierro (FeSO ₄) y gas hidrógeno (H ₂). El revestimiento de sulfato de hierro protegerá al acero de una reacción posterior; sin embargo, si las burbujas de hidrógeno entran en contacto con este recubrimiento, se eliminará. Por lo tanto, una burbuja viajera formará un surco, exponiendo más acero al ácido: un círculo vicioso. El ranurado se ve exacerbado por la tendencia de las burbujas posteriores a seguir el mismo camino.

Corrosión a alta temperatura

La corrosión a alta temperatura es el deterioro químico de un material (típicamente un metal) como resultado del calentamiento. Esta forma de corrosión no galvánica puede ocurrir cuando un metal se somete a una atmósfera caliente que contiene oxígeno, azufre u otros compuestos capaces de oxidar (o ayudar a la oxidación) del material en cuestión. Por ejemplo, los materiales utilizados en la industria aeroespacial, la generación de energía e incluso en los motores de los automóviles deben resistir períodos prolongados a alta temperatura en los que pueden estar expuestos a una atmósfera que contiene productos de combustión potencialmente altamente corrosivos.

Los productos de la corrosión a alta temperatura pueden convertirse potencialmente en una ventaja para el ingeniero. La formación de óxidos en los aceros inoxidables, por ejemplo, puede proporcionar una capa protectora que evita un mayor ataque atmosférico, lo que permite que un material se use durante períodos sostenidos tanto a temperatura ambiente como a temperaturas altas en condiciones hostiles. Dichos productos de corrosión a alta temperatura, en forma de capas de óxido compactado, previenen o reducen el desgaste durante el contacto deslizante a alta temperatura de superficies metálicas (o metálicas y cerámicas). La oxidación térmica también se usa comúnmente como una ruta hacia la obtención de nanoestructuras de óxido controladas, incluidos nanocables y películas delgadas.

Corrosión microbiana

La corrosión microbiana, o comúnmente conocida como corrosión influenciada microbiológicamente (MIC), es una corrosión causada o promovida por microorganismos, generalmente quimioautótrofos. Puede aplicarse tanto a materiales metálicos como no metálicos, en presencia o ausencia de oxígeno. Las bacterias reductoras de sulfato son activas en ausencia de oxígeno (anaeróbicas); producen sulfuro de hidrógeno, lo que provoca el agrietamiento por tensión del sulfuro. En presencia de oxígeno (aeróbico), algunas bacterias pueden oxidar directamente el hierro a óxidos e hidróxidos de hierro, otras bacterias oxidan azufre y producen ácido sulfúrico causando corrosión por sulfuro biogénico. Se pueden formar celdas de concentración en los depósitos de productos de corrosión, lo que lleva a una corrosión localizada.

La corrosión acelerada en aguas bajas (ALWC) es una forma particularmente agresiva de MIC que afecta a las pilas de acero en el agua de mar cerca de la marca de la marea baja. Se caracteriza por un lodo anaranjado, que huele a sulfuro de hidrógeno cuando se trata con ácido. Las tasas de corrosión pueden ser muy altas y pronto se pueden exceder los límites de corrosión del diseño, lo que lleva a una falla prematura del pilote de acero.Los pilotes que han sido revestidos y tienen protección catódica instalada en el momento de la construcción no son susceptibles a ALWC. Para pilas desprotegidas, se pueden instalar ánodos de sacrificio localmente en las áreas afectadas para inhibir la corrosión o se puede instalar un sistema de ánodos de sacrificio totalmente reacondicionado. Las áreas afectadas también se pueden tratar con protección catódica, usando ánodos de sacrificio o aplicando corriente a un ánodo inerte para producir un depósito calcáreo, que ayudará a proteger el metal de un ataque mayor.

Limpieza de metales

La formación de polvo metálico es una forma catastrófica de corrosión que se produce cuando los materiales susceptibles se exponen a entornos con altas actividades de carbono, como el gas de síntesis y otros entornos con alto contenido de CO. La corrosión se manifiesta como una ruptura de metal a granel en polvo de metal. El mecanismo sospechoso es, en primer lugar, la deposición de una capa de grafito en la superficie del metal, generalmente a partir de monóxido de carbono (CO) en fase de vapor. Se piensa entonces que esta capa de grafito forma especies M ₃ C metaestables (donde M es el metal), que migran alejándose de la superficie del metal. Sin embargo, en algunos regímenes no se observan especies de M ₃ C, lo que indica una transferencia directa de átomos metálicos a la capa de grafito.

Protección contra la corrosión

Se utilizan varios tratamientos para retardar el daño por corrosión en objetos metálicos que están expuestos a la intemperie, agua salada, ácidos u otros ambientes hostiles. Algunas aleaciones metálicas sin protección son extremadamente vulnerables a la corrosión, como las que se utilizan en los imanes de neodimio, que pueden astillarse o desmoronarse hasta convertirse en polvo incluso en ambientes interiores secos y con temperatura estable, a menos que se traten adecuadamente para evitar la corrosión.

Tratamientos superficiales

Cuando se utilizan tratamientos de superficie para impedir la corrosión, se debe tener mucho cuidado para garantizar una cobertura completa, sin espacios, grietas o defectos de poros. Los pequeños defectos pueden actuar como un "talón de Aquiles", lo que permite que la corrosión penetre en el interior y cause daños extensos incluso cuando la capa protectora exterior permanece aparentemente intacta durante un período de tiempo.

Recubrimientos aplicados

El enchapado, la pintura y la aplicación de esmalte son los tratamientos anticorrosión más comunes. Funcionan proporcionando una barrera de material resistente a la corrosión entre el entorno dañino y el material estructural. Además de los problemas estéticos y de fabricación, puede haber ventajas y desventajas en la flexibilidad mecánica frente a la resistencia a la abrasión y las altas temperaturas. Los revestimientos generalmente fallan solo en pequeñas secciones, pero si el revestimiento es más noble que el sustrato (por ejemplo, cromo sobre acero), un par galvánico hará que cualquier área expuesta se corroa mucho más rápido que una superficie sin revestimiento. Por esta razón, a menudo es aconsejable enchapar con metal activo como zinc o cadmio. Si el recubrimiento de zinc no es lo suficientemente grueso, la superficie pronto se vuelve antiestética y la oxidación es evidente. La vida útil del diseño está directamente relacionada con el espesor del revestimiento metálico.

Pintar con rodillo o brocha es más deseable para espacios reducidos; el rociado sería mejor para áreas de recubrimiento más grandes, como cubiertas de acero y aplicaciones frente al mar. Los revestimientos de poliuretano flexible, como Durabak-M26, por ejemplo, pueden proporcionar un sello anticorrosivo con una membrana antideslizante de gran duración. Los revestimientos pintados son relativamente fáciles de aplicar y tienen tiempos de secado rápidos, aunque la temperatura y la humedad pueden hacer que los tiempos de secado varíen. Hoy en día, los recubrimientos orgánicos hechos con polímeros derivados del petróleo están siendo reemplazados por muchos recubrimientos orgánicos basados ​​en fuentes renovables. Entre varios vehículos o aglutinantes, los poliuretanos son el polímero más explorado en tales intentos.

Recubrimientos reactivos

Si el ambiente está controlado (especialmente en los sistemas de recirculación), a menudo se le pueden agregar inhibidores de corrosión. Estos productos químicos forman un recubrimiento eléctricamente aislante o químicamente impermeable en las superficies metálicas expuestas, para suprimir las reacciones electroquímicas. Dichos métodos hacen que el sistema sea menos sensible a los rayones o defectos en el recubrimiento, ya que se pueden poner a disposición inhibidores adicionales dondequiera que quede expuesto el metal. Los productos químicos que inhiben la corrosión incluyen algunas de las sales del agua dura (los sistemas de agua romanos son famosos por sus depósitos minerales), cromatos, fosfatos, polianilina, otros polímeros conductores y una amplia gama de productos químicos especialmente diseñados que se asemejan a los tensioactivos (es decir, compuestos orgánicos de cadena larga). moléculas con grupos terminales iónicos).

Anodización

Las aleaciones de aluminio a menudo se someten a un tratamiento superficial. Las condiciones electroquímicas en el baño se ajustan cuidadosamente para que aparezcan poros uniformes, de varios nanómetros de ancho, en la película de óxido del metal. Estos poros permiten que el óxido crezca mucho más de lo que permitirían las condiciones de pasivación. Al final del tratamiento, se permite que los poros se sellen, formando una capa superficial más dura de lo habitual. Si este recubrimiento se raya, los procesos normales de pasivación toman el relevo para proteger el área dañada.

El anodizado es muy resistente a la intemperie y la corrosión, por lo que se usa comúnmente para construir fachadas y otras áreas donde la superficie estará en contacto regular con los elementos. Si bien es resistente, debe limpiarse con frecuencia. Si se deja sin limpiar, el borde del panel se manchará naturalmente. La anodización es el proceso de convertir un ánodo en cátodo poniendo en contacto un ánodo más activo.

Recubrimientos de biopelícula

Se ha desarrollado una nueva forma de protección aplicando ciertas especies de películas bacterianas a la superficie de los metales en ambientes altamente corrosivos. Este proceso aumenta sustancialmente la resistencia a la corrosión. Alternativamente, se pueden usar biopelículas productoras de antimicrobianos para inhibir la corrosión del acero dulce por bacterias reductoras de sulfato.

Encofrado de permeabilidad controlada

El encofrado de permeabilidad controlada (CPF) es un método para prevenir la corrosión del refuerzo al mejorar naturalmente la durabilidad de la cubierta durante la colocación del concreto. CPF se ha utilizado en entornos para combatir los efectos de la carbonatación, los cloruros, las heladas y la abrasión.

Protección catódica

La protección catódica (CP) es una técnica para controlar la corrosión de una superficie metálica convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica. Los sistemas de protección catódica se usan más comúnmente para proteger tuberías y tanques de acero; pilotes de muelle de acero, barcos y plataformas petroleras en alta mar.

Protección de ánodo de sacrificio

Para CP efectivo, el potencial de la superficie de acero se polariza (empuja) más negativamente hasta que la superficie de metal tiene un potencial uniforme. Con un potencial uniforme, la fuerza impulsora de la reacción de corrosión se detiene. Para los sistemas CP galvánicos, el material del ánodo se corroe bajo la influencia del acero y eventualmente debe ser reemplazado. La polarización es causada por el flujo de corriente del ánodo al cátodo, impulsado por la diferencia de potencial de electrodo entre el ánodo y el cátodo. Los materiales de ánodo de sacrificio más comunes son aluminio, zinc, magnesio y aleaciones relacionadas. El aluminio tiene la capacidad más alta y el magnesio tiene el voltaje de conducción más alto y, por lo tanto, se usa donde la resistencia es más alta. El zinc es de uso general y la base para el galvanizado.

Una serie de problemas están asociados con los ánodos de sacrificio. Entre estos, desde una perspectiva ambiental, se encuentra la liberación de zinc, magnesio, aluminio y metales pesados ​​como el cadmio al medio ambiente, incluida el agua de mar. Desde una perspectiva de trabajo, los sistemas de ánodos de sacrificio se consideran menos precisos que los sistemas de protección catódica modernos, como los sistemas de protección catódica de corriente impresa (ICCP). Su capacidad para proporcionar la protección necesaria debe comprobarse periódicamente mediante la inspección subacuática realizada por buzos. Además, como tienen una vida útil finita, los ánodos de sacrificio deben reemplazarse regularmente con el tiempo.

Protección catódica de corriente impresa

Para estructuras más grandes, los ánodos galvánicos no pueden generar económicamente suficiente corriente para brindar una protección completa. Los sistemas de protección catódica de corriente impresa (ICCP) utilizan ánodos conectados a una fuente de alimentación de CC (como un rectificador de protección catódica). Los ánodos para los sistemas ICCP son formas tubulares y de varillas sólidas de varios materiales especializados. Estos incluyen varillas y alambres de hierro fundido con alto contenido de silicio, grafito, óxido de metal mixto o titanio recubierto de platino o niobio.

Protección anódica

La protección anódica imprime corriente anódica en la estructura a proteger (opuesta a la protección catódica). Es apropiado para metales que exhiben pasividad (por ejemplo, acero inoxidable) y una corriente pasiva adecuadamente pequeña en una amplia gama de potenciales. Se utiliza en ambientes agresivos, como soluciones de ácido sulfúrico. La protección anódica es un método electroquímico de protección contra la corrosión al mantener el metal en estado pasivo.

Tasa de corrosión

La formación de una capa de óxido se describe mediante el modelo Deal-Grove, que se utiliza para predecir y controlar la formación de capas de óxido en diversas situaciones. Una prueba simple para medir la corrosión es el método de pérdida de peso. El método consiste en exponer una pieza limpia y pesada del metal o aleación al entorno corrosivo durante un tiempo específico, seguido de una limpieza para eliminar los productos de corrosión y pesar la pieza para determinar la pérdida de peso. La tasa de corrosión (R) se calcula como

donde k es una constante, W es la pérdida de peso del metal en el tiempo t, A es el área superficial del metal expuesto y ρ es la densidad del metal (en g/cm).

Otras expresiones comunes para la velocidad de corrosión son la profundidad de penetración y el cambio de las propiedades mecánicas.

Impacto económico

En 2002, la Administración Federal de Carreteras de EE. UU. publicó un estudio titulado "Costos de corrosión y estrategias preventivas en los Estados Unidos" sobre los costos directos asociados con la corrosión metálica en la industria estadounidense. En 1998, el costo directo anual total de la corrosión en los EE. UU. fue de aprox. $ 276 mil millones (ca. 3.2% del producto interno bruto de EE. UU.). Desglosadas en cinco industrias específicas, las pérdidas económicas son de $22.6 mil millones en infraestructura; $17.6 mil millones en producción y manufactura; $29.7 mil millones en transporte; $20.1 mil millones en el gobierno; y $47.9 mil millones en servicios públicos.

El óxido es una de las causas más comunes de accidentes en puentes. Como el óxido tiene un volumen mucho mayor que la masa original de hierro, su acumulación también puede causar fallas al forzar la separación de las partes adyacentes. Fue la causa del colapso del puente del río Mianus en 1983, cuando los cojinetes se oxidaron internamente y empujaron una esquina de la losa de la carretera fuera de su soporte. Tres conductores en la carretera en ese momento murieron cuando la losa cayó al río. La siguiente investigación de la NTSB mostró que se había bloqueado un desagüe en la carretera para volver a pavimentar la carretera y no se había desbloqueado; como resultado, el agua de escorrentía penetró en los soportes colgantes. El óxido también fue un factor importante en el desastre del Silver Bridge de 1967 en West Virginia, cuando un puente colgante de acero colapsó en un minuto, matando a 46 conductores y pasajeros en el puente en ese momento.

De manera similar, la corrosión del acero y el hierro recubiertos de hormigón puede hacer que el hormigón se astille, creando graves problemas estructurales. Es uno de los modos de falla más comunes de los puentes de hormigón armado. Los instrumentos de medición basados ​​en el potencial de media celda pueden detectar los posibles puntos de corrosión antes de que se alcance la falla total de la estructura de hormigón.

Hasta hace 20 o 30 años, la tubería de acero galvanizado se usaba ampliamente en los sistemas de agua potable para residentes unifamiliares y multifamiliares, así como en construcciones comerciales y públicas. Hoy en día, estos sistemas han consumido hace mucho tiempo el zinc protector y se están corroyendo internamente, lo que resulta en una mala calidad del agua y fallas en las tuberías. El impacto económico sobre los propietarios de viviendas, los habitantes de condominios y la infraestructura pública se estima en 22 mil millones de dólares a medida que la industria de seguros se prepara para una ola de reclamos debido a fallas en las tuberías.

Corrosión en no metales

La mayoría de los materiales cerámicos son casi totalmente inmunes a la corrosión. Los fuertes enlaces químicos que los mantienen unidos dejan muy poca energía química libre en la estructura; se puede pensar que ya están corroídos. Cuando ocurre la corrosión, casi siempre es una simple disolución del material o una reacción química, en lugar de un proceso electroquímico. Un ejemplo común de protección contra la corrosión en la cerámica es la cal añadida al vidrio de cal sodada para reducir su solubilidad en agua; aunque no es tan soluble como el silicato de sodio puro, el vidrio normal forma fallas submicroscópicas cuando se expone a la humedad. Debido a su fragilidad, estos defectos provocan una reducción drástica de la resistencia de un objeto de vidrio durante sus primeras horas a temperatura ambiente.

Corrosión de polímeros

La degradación de polímeros implica varios procesos fisicoquímicos complejos y, a menudo, poco conocidos. Estos son notablemente diferentes de los otros procesos discutidos aquí, por lo que el término "corrosión" solo se les aplica en un sentido amplio de la palabra. Debido a su gran peso molecular, se puede ganar muy poca entropía al mezclar una masa dada de polímero con otra sustancia, lo que generalmente los hace bastante difíciles de disolver. Si bien la disolución es un problema en algunas aplicaciones de polímeros, es relativamente simple diseñar contra ella.

Un problema más común y relacionado es la "hinchazón", en la que pequeñas moléculas se infiltran en la estructura, lo que reduce la resistencia y la rigidez y provoca un cambio de volumen. Por el contrario, muchos polímeros (especialmente el vinilo flexible) se hinchan intencionalmente con plastificantes, que pueden filtrarse fuera de la estructura y causar fragilidad u otros cambios no deseados.

Sin embargo, la forma más común de degradación es una disminución en la longitud de la cadena del polímero. Los mecanismos que rompen las cadenas poliméricas son familiares para los biólogos debido a su efecto sobre el ADN: la radiación ionizante (más comúnmente la luz ultravioleta), los radicales libres y los oxidantes como el oxígeno, el ozono y el cloro. El agrietamiento por ozono es un problema bien conocido que afecta, por ejemplo, al caucho natural. Los aditivos plásticos pueden ralentizar estos procesos de forma muy eficaz y pueden ser tan simples como un pigmento absorbente de rayos UV (por ejemplo, dióxido de titanio o negro de carbón). Las bolsas de compras de plástico a menudo no incluyen estos aditivos para que se descompongan más fácilmente como partículas ultrafinas de basura.

Corrosión del vidrio

El vidrio se caracteriza por un alto grado de resistencia a la corrosión. Debido a su alta resistencia al agua, a menudo se usa como material de empaque primario en la industria farmacéutica, ya que la mayoría de los medicamentos se conservan en una solución acuosa. Además de su resistencia al agua, el vidrio también es robusto cuando se expone a ciertos líquidos o gases químicamente agresivos.

La enfermedad del vidrio es la corrosión de los vidrios de silicato en soluciones acuosas. Se rige por dos mecanismos: lixiviación controlada por difusión (intercambio iónico) y disolución hidrolítica de la red de vidrio. Ambos mecanismos dependen en gran medida del pH de la solución de contacto: la tasa de intercambio iónico disminuye con un pH de 10, mientras que la tasa de disolución hidrolítica aumenta con un pH de 10.

Matemáticamente, las tasas de corrosión de los vidrios se caracterizan por las tasas de corrosión normalizadas de los elementos NR _i (g/cm ·d) que se determinan como la relación entre la cantidad total de especies liberadas en el agua M _i (g) y el área superficial de contacto con el agua. S (cm), tiempo de contacto t (días) y fracción ponderal contenido del elemento en el vaso f _i:.

La tasa de corrosión total es una suma de las contribuciones de ambos mecanismos (lixiviación + disolución) NR _i = NR x _i + NR h. La lixiviación controlada por difusión (intercambio iónico) es característica de la fase inicial de la corrosión e implica la sustitución de iones alcalinos en el vidrio por un ion hidronio (H ₃ O) de la solución. Provoca un agotamiento selectivo de iones de las capas de vidrio cercanas a la superficie y da una dependencia inversa de la raíz cuadrada de la velocidad de corrosión con el tiempo de exposición. La tasa de lixiviación normalizada controlada por difusión de los cationes de los vidrios (g/cm ·d) viene dada por:,

donde t es el tiempo, D _i es el i-ésimo coeficiente de difusión efectiva del catión (cm /d), que depende del pH del agua en contacto como D _i = D _{i 0} ·10, y ρ es la densidad del vidrio (g/ centímetros).

La disolución de la red de vidrio es característica de las últimas fases de la corrosión y provoca una liberación congruente de iones en la solución de agua a una velocidad independiente del tiempo en soluciones diluidas (g/cm ·d):,

donde r _h es la tasa de hidrólisis estacionaria (disolución) del vidrio (cm/d). En sistemas cerrados el consumo de protones de la fase acuosa aumenta el pH y provoca una rápida transición a la hidrólisis. Sin embargo, una mayor saturación de la solución con sílice impide la hidrólisis y hace que el vidrio vuelva a un intercambio iónico, por ejemplo, un régimen de corrosión controlado por difusión.

En condiciones naturales típicas, las tasas de corrosión normalizadas de los vidrios de silicato son muy bajas y son del orden de 10 a 10 g/(cm ·d). La altísima durabilidad de los vidrios de silicato en agua los hace adecuados para la inmovilización de residuos peligrosos y nucleares.

Pruebas de corrosión de vidrio

Existen numerosos procedimientos estandarizados para medir la corrosión (también llamada durabilidad química) de vidrios en ambientes neutros, básicos y ácidos, bajo condiciones ambientales simuladas, en fluidos corporales simulados, a alta temperatura y presión, y bajo otras condiciones.

El procedimiento estándar ISO 719 describe una prueba de extracción de compuestos básicos solubles en agua en condiciones neutras: 2 g de vidrio, tamaño de partícula 300–500 μm, se mantienen durante 60 min en 50 ml de agua desionizada de grado 2 a 98 ºC; Se valoran 25 ml de la solución obtenida frente a una solución de HCl 0,01 mol/l. El volumen de HCl requerido para la neutralización se clasifica de acuerdo con la siguiente tabla.

Cantidad de HCl 0,01 M necesaria para neutralizar los óxidos básicos extraídos, ml	Equivalente de Na 2 O extraído, μg	Clase hidrolítica
<0,1	< 31	1
0.1-0.2	31-62	2
0,2-0,85	62-264	3
0.85-2.0	264-620	4
2.0-3.5	620-1085	5
> 3.5	> 1085	> 5

La prueba normalizada ISO 719 no es adecuada para vidrios con componentes alcalinos pobres o no extraíbles, pero que todavía son atacados por el agua, por ejemplo, vidrio de cuarzo, vidrio B ₂ O ₃ o vidrio P ₂ O ₅.

Las gafas habituales se diferencian en las siguientes clases:

Clase hidrolítica 1 (Tipo I):

Esta clase, que también se denomina vidrio neutro, incluye vidrios de borosilicato (por ejemplo, Duran, Pyrex, Fiolax).

El vidrio de esta clase contiene cantidades esenciales de óxidos de boro, óxidos de aluminio y óxidos alcalinotérreos. Por su composición el vidrio neutro tiene una alta resistencia a los cambios bruscos de temperatura y la más alta resistencia hidrolítica. Frente a soluciones ácidas y neutras muestra alta resistencia química, debido a su pobre contenido en álcali frente a soluciones alcalinas.

Clase hidrolítica 2 (Tipo II):

Esta clase normalmente contiene vidrios de silicato de sodio con una alta resistencia hidrolítica a través del acabado superficial. El vidrio de silicato de sodio es un vidrio de silicato que contiene óxido alcalino y alcalinotérreo y principalmente óxido de sodio y óxido de calcio.

Clase hidrolítica 3 (Tipo III):

Los vidrios de 3ª clase hidrolítica suelen contener vidrios de silicato de sodio y tienen una resistencia hidrolítica media dos veces inferior a la de los vidrios de tipo 1.

La clase de ácido DIN 12116 y la clase de álcali DIN 52322 (ISO 695) deben distinguirse de la clase hidrolítica DIN 12111 (ISO 719).