La corrosión química es un proceso que consiste en la destrucción de un metal al interactuar con un entorno externo agresivo. La variedad química de los procesos de corrosión no está relacionada con los efectos de la corriente eléctrica. En este tipo de corrosión, se produce una reacción oxidativa, donde el material a ser destruido es al mismo tiempo un agente reductor para los elementos del medio.
- Corrosión por gas
- Características de la película de óxido.
- Tasa de corrosión
- Corrosión en líquidos no electrolíticos.
- Métodos de protección contra la corrosión
- Revestimientos de organosilicato
La clasificación de una variedad de entornos agresivos incluye dos tipos de destrucción de metales:
- corrosión química en líquidos no electrolíticos;
- corrosión química por gases.
Corrosión por gas
La forma más común de corrosión química, el gas, es un proceso corrosivo que ocurre en gases a temperaturas elevadas. Este problema es típico para la operación de muchos tipos de equipos y piezas tecnológicas (accesorios de hornos, motores, turbinas, etc.). Además, las temperaturas ultra altas se utilizan en el procesamiento de metales a alta presión (calentamiento antes del laminado, estampado, forjado, procesos térmicos, etc.).
Las características del estado de los metales a temperaturas elevadas están determinadas por dos de sus propiedades: resistencia al calor y resistencia al calor. La resistencia al calor es el grado de estabilidad de las propiedades mecánicas de un metal a temperaturas ultra altas. Bajo la estabilidad de las propiedades mecánicas se refiere a la preservación de la resistencia durante mucho tiempo y la resistencia a la fluencia. La resistencia al calor es la resistencia de un metal a la actividad corrosiva de los gases a temperaturas elevadas.
La tasa de desarrollo de la corrosión por gas está determinada por una serie de indicadores, que incluyen:
- temperatura ambiente;
- componentes incluidos en un metal o aleación;
- parámetros ambientales donde se encuentran los gases;
- duración del contacto con el medio gaseoso;
- propiedades de productos corrosivos.
El proceso de corrosión está más influenciado por las propiedades y parámetros de la película de óxido que ha aparecido en la superficie del metal. La formación de óxidos se puede dividir cronológicamente en dos etapas:
- adsorción de moléculas de oxígeno en una superficie metálica que interactúa con la atmósfera;
- en contacto con la superficie del metal con gas, lo que resulta en un compuesto químico.
La primera etapa se caracteriza por la aparición de un enlace iónico, como resultado de la interacción del oxígeno y los átomos de la superficie, cuando un átomo de oxígeno toma un par de electrones de un metal. El enlace que ha surgido se distingue por su fuerza excepcional: es mayor que el enlace de oxígeno con el metal en el óxido.
La explicación de esta conexión radica en el efecto del campo atómico sobre el oxígeno. Tan pronto como la superficie metálica se llena con un agente oxidante (y esto sucede muy rápidamente), a bajas temperaturas, gracias a la fuerza de Van der Waals, comienza la adsorción de las moléculas oxidantes. El resultado de la reacción es la aparición de la película monomolecular más delgada, que con el tiempo se vuelve más gruesa, lo que complica el acceso de oxígeno.
En la segunda etapa, se produce una reacción química durante la cual el elemento oxidante del medio toma electrones de valencia del metal. La corrosión química es el resultado final de la reacción.
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Características de la película de óxido.
La clasificación de las películas de óxido incluye tres tipos:
- delgado (invisible sin dispositivos especiales);
- medio (decoloración);
- grueso (visible a simple vista).
La película de óxido resultante tiene capacidades protectoras: ralentiza o incluso inhibe por completo el desarrollo de corrosión química. Además, la presencia de una película de óxido aumenta la resistencia al calor del metal.
Sin embargo, una película verdaderamente efectiva debe cumplir una serie de características:
- no ser poroso;
- tener una estructura continua;
- tienen buenas propiedades adhesivas;
- difieren en la inercia química en relación con la atmósfera;
- Ser duro y resistente al desgaste.
Una de las condiciones anteriores: una estructura sólida es especialmente importante. La condición de continuidad es el exceso del volumen de las moléculas de la película de óxido sobre el volumen de los átomos metálicos. La continuidad es la capacidad del óxido para cubrir toda la superficie metálica con una capa continua. Si no se cumple esta condición, la película no puede considerarse protectora. Sin embargo, hay excepciones a esta regla: para algunos metales, por ejemplo, para magnesio y elementos de grupos alcalinotérreos (excluido el berilio), la continuidad no pertenece a indicadores críticos.
Para determinar el grosor de la película de óxido, se utilizan varias técnicas. Las cualidades protectoras de la película se pueden aclarar en el momento de su formación. Para hacer esto, estudiamos la tasa de oxidación del metal y los parámetros del cambio de velocidad con el tiempo.
Para el óxido ya formado, se utiliza otro método, que consiste en estudiar el grosor y las características protectoras de la película. Para hacer esto, se aplica un reactivo a la superficie. A continuación, los expertos registran el tiempo que le tomará al reactivo penetrar y, con base en los datos obtenidos, concluyen que el espesor de la película.
al contenido ↑¡Presta atención! Incluso la película de óxido finalmente formada continúa interactuando con el medio oxidante y el metal.
Tasa de corrosión
La intensidad con la que se desarrolla la corrosión química depende del régimen de temperatura. A altas temperaturas, los procesos oxidativos se desarrollan más rápidamente. Además, la disminución en el papel del factor termodinámico en el curso de la reacción no afecta el proceso.
De considerable importancia es el enfriamiento y el calentamiento variable. Debido a tensiones térmicas, aparecen grietas en la película de óxido. A través de los agujeros, el elemento oxidante golpea la superficie. Como resultado, se forma una nueva capa de película de óxido, y la primera se despega.
Los componentes del medio gaseoso no desempeñan el menor papel. Este factor es individual para diferentes tipos de metales y es consistente con las fluctuaciones de temperatura. Por ejemplo, el cobre puede corroerse rápidamente si está en contacto con el oxígeno, pero es resistente a este proceso en un entorno de óxido de azufre. Para el níquel, por el contrario, el óxido sulfúrico es fatal y se observa estabilidad en el oxígeno, el dióxido de carbono y el medio ambiente acuático. Pero el cromo es resistente a todos estos entornos.
¡Presta atención! Si el nivel de presión de la disociación del óxido excede la presión del elemento oxidante, el proceso de oxidación se detiene y el metal adquiere estabilidad termodinámica.
Los componentes de la aleación también afectan la velocidad de la reacción oxidativa. Por ejemplo, el manganeso, el azufre, el níquel y el fósforo no contribuyen a la oxidación del hierro. Pero el aluminio, el silicio y el cromo hacen que el proceso sea más lento. El cobalto, el cobre, el berilio y el titanio disminuyen aún más la oxidación del hierro. Los aditivos de vanadio, tungsteno y molibdeno ayudarán a que el proceso sea más intenso, lo que se explica por la fusibilidad y volatilidad de estos metales. Las reacciones de oxidación proceden más lentamente con la estructura austenítica, ya que está más adaptada a altas temperaturas.
Otro factor del que depende la velocidad de corrosión es la característica de la superficie tratada. Las superficies lisas se oxidan más lentamente y las superficies irregulares más rápido.
al contenido ↑Corrosión en líquidos no electrolíticos.
Medios líquidos no conductores (p. Ej.líquidos no electrolíticos) incluyen sustancias orgánicas como:
- benceno
- cloroformo;
- alcoholes
- tetracloruro de carbono;
- fenol;
- aceite
- gasolina
- queroseno, etc.
Además, una pequeña cantidad de líquidos inorgánicos, como el bromo líquido y el azufre fundido, se clasifican como líquidos no electrolíticos.
Cabe señalar que los solventes orgánicos en sí mismos no reaccionan con los metales, sin embargo, en presencia de una pequeña cantidad de impurezas, se produce un proceso de interacción intensa.
Los elementos de azufre en el aceite aumentan la velocidad de corrosión. Además, las altas temperaturas y la presencia de oxígeno en el líquido mejoran los procesos de corrosión. La humedad intensifica el desarrollo de corrosión de acuerdo con el principio electromecánico.
Otro factor en el rápido desarrollo de la corrosión es el bromo líquido. A temperaturas normales, es particularmente dañino para los aceros con alto contenido de carbono, aluminio y titanio. Menos significativo es el efecto del bromo sobre el hierro y el níquel. La mayor resistencia al bromo líquido se muestra en plomo, plata, tantalio y platino.
El azufre fundido entra en una reacción agresiva con casi todos los metales, principalmente con plomo, estaño y cobre. Los grados de carbono del acero y el azufre de titanio se ven menos afectados y destruyen casi por completo el aluminio.
Las medidas de protección para estructuras metálicas ubicadas en medios líquidos no conductores se llevan a cabo agregando metales resistentes a un medio específico (por ejemplo, aceros con un alto contenido de cromo). Además, se usan recubrimientos protectores especiales (por ejemplo, en un ambiente donde hay mucho azufre, se usan recubrimientos de aluminio).
al contenido ↑Métodos de protección contra la corrosión
Los métodos de control de corrosión incluyen:
- procesar el metal base con una capa protectora (por ejemplo, aplicar pintura);
- el uso de inhibidores (por ejemplo, cromatos o arsenitos);
- La introducción de materiales resistentes a los procesos de corrosión.
La elección de un material específico depende de la efectividad potencial (incluso tecnológica y financiera) de su uso.
Los principios modernos de protección de metales se basan en tales técnicas:
- Mejora de la resistencia química de los materiales. Los materiales químicamente resistentes (plásticos con alto contenido de polímeros, vidrio, cerámica) han demostrado su eficacia.
- Aislamiento de material de un ambiente agresivo.
- Reducción de la agresividad del entorno tecnológico. Ejemplos de tales acciones incluyen la neutralización y eliminación de la acidez en ambientes corrosivos, así como el uso de varios inhibidores.
- Protección electroquímica (que impone una corriente externa).
Los métodos anteriores se dividen en dos grupos:
- Se aplica una mayor resistencia química y aislamiento antes de poner en funcionamiento la carpintería metálica.
- La reducción de la agresividad del medio ambiente y la protección electroquímica ya se utilizan en el proceso de uso de un producto metálico. La aplicación de estas dos técnicas hace posible la introducción de nuevos métodos de protección, como resultado de lo cual se proporciona protección al cambiar las condiciones de operación.
Uno de los métodos más utilizados para proteger el metal, un recubrimiento anticorrosivo galvánico, no es rentable para grandes superficies. La razón es el alto costo del proceso preparatorio.
El lugar principal entre los métodos de protección es el recubrimiento de metales con pinturas y barnices. La popularidad de este método para combatir la corrosión se debe a una combinación de varios factores:
- altas propiedades protectoras (hidrofobicidad, repulsión de líquidos, baja permeabilidad a los gases y permeabilidad al vapor);
- capacidad de fabricación;
- amplias oportunidades para soluciones decorativas;
- mantenibilidad;
- justificación económica
Al mismo tiempo, el uso de materiales ampliamente disponibles no está exento de inconvenientes:
- humectación incompleta de la superficie metálica;
- adhesión rota del recubrimiento con el metal base, lo que conduce a la acumulación de electrolitos debajo del recubrimiento resistente a la corrosión y, por lo tanto, contribuye a la corrosión;
- porosidad, lo que aumenta la permeabilidad a la humedad.
Sin embargo, la superficie pintada protege el metal de procesos corrosivos incluso con daños fragmentarios en la película, mientras que los recubrimientos galvánicos imperfectos pueden incluso acelerar la corrosión.
al contenido ↑Revestimientos de organosilicato
Para una protección contra la corrosión de alta calidad, se recomienda utilizar metales con un alto nivel de hidrofobicidad, impermeabilidad en ambientes acuosos, de gas y vapor. Estos materiales incluyen organosilicatos.
La corrosión química prácticamente no se aplica a los materiales organosilicatos. Las razones de esto radican en el aumento de la estabilidad química de tales composiciones, su resistencia a la luz, sus cualidades hidrófobas y su baja absorción de agua. Los organosilicatos también son resistentes a bajas temperaturas, tienen buenas propiedades adhesivas y resistencia al desgaste.
Los problemas de la destrucción de metales debido a los efectos de la corrosión no desaparecen, a pesar del desarrollo de tecnologías para combatirlos. La razón es el aumento constante en la producción de metales y las condiciones de operación cada vez más difíciles de los productos derivados de ellos. Es imposible finalmente resolver el problema en esta etapa, por lo que los esfuerzos de los científicos se centran en encontrar oportunidades para frenar los procesos de corrosión.
