Contenido: Generalidades. Corrosión general. Corrosión galvánica. Corrosión por hendiduras. Picaduras. Disolución selectiva. Agrietamientos por corrosión y esfuerzos. Ataque intergranular.
Generalidades
La corrosión se puede presentar de varias formas que difieren en apariencia. En las secciones siguientes estudiaremos las distintas formas de corrosión que puede encontrarse el científico de los materiales.
Corrosión general
La corrosión general es la forma más común que se puede encontrar y la más importante en términos de pérdidas económicas. Se caracteriza por un ataque más o menos uniforme en toda la superficie expuesta con solamente variaciones mínimas en la profundidad del daño.
En los sistemas donde no se presenta el ataque general, no es usual que produzcan una falla repentina, inesperada, porque su ocurrencia y la proporción de ataque se puede determinar y predecir con pruebas de laboratorio. Los resultados de estas pruebas proporcionan datos sobre los materiales tecnológicos en varios medios ambientes.
Esos datos se expresan en la forma de una profundidad de ataque por área de superficie por unidad de tiempo [esto es, miligramos/decímetros2/día (mdd)] y permiten que el espesor del componente se considere en relación a la proporción esperada de ataque. Además, se pueden utilizar acabados de electrodepósito y recubrimientos para minimizar el ataque de la corrosión.
Corrosión galvánica
Se puede producir un tipo serio de daño por corrosión cuando dos o más metales distintos se acoplan eléctricamente y se colocan en un electrólito. Esto se conoce como corrosión galvánica y resulta por la existencia de una diferencia de potencial entre los metales acoplados que causa un flujo de corriente entre ellos. El metal más activo padece una corrosión acelerada, mientras que la corrosión en el miembro menos activo del par se retarda o se elimina.
Al diseñar un sistema en el que se incluyen metales diferentes, es esencial saber cuál metal del cople será el más propenso a sufrir una corrosión acelerada. El fundamento para establecer la reactividad de varios metales en un par es la diferencia relativa en el potencial electroquímico entre los dos miembros del par.
Al tratar con problemas de corrosión es importante distinguir entre las series electromotivas y la serie galvánica similar pero diferente. La primera solo es verdadera para metales puros en concentraciones específicas de sus propias salas.
No se encuentran con frecuencia metales aplicados bajo estas condiciones ideales. Al estudiar la corrosión galvánica, utilizamos un rango semejante fundado en la experiencia real ganada con varios metales o aleaciones en ambientes específicos de interés.
En cada par, el metal más cercano al extremo activo de la serie será el ánodo y padecerá corrosión acelerada, mientras que el miembro más noble recibirá algún grado de protección. La identidad del otro metal, también tienen una importancia muy grande las áreas relativas de la superficie para determinar la proporción de ataque.
Si se conecta un metal catódico que tiene un área superficial grande con un metal anódico que tiene un área superficial relativamente pequeña, la proporción de ataque se incrementa mucho y en proporción con la diferencia relativa en las áreas de las superficies. Esto sucede porque las corrientes que se generan en el cátodo se enfocan en el ánodo más pequeño y resultan en corrientes más altas/área unitaria.
La corrosión galvánica se puede presentar cuando una estructura hecha de una aleación tiene componentes de una aleación diferente incluso si los componentes son del mismo tamaño.
Corrosión por hendiduras
La corrosión por hendiduras es un tipo de ataque corrosivo que se presenta dentro de espacios confinados o hendiduras que se forman cuando los componentes están en contacto estrecho.
Las hendiduras pueden existir en cualquier ensamble, pero parece que se necesitan ciertos requerimientos geométricos. Para que se presente la corrosión por hendiduras, la hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro. Aunque no se han definido los límites de la brecha, es conocido que no se presenta la corrosión por hendiduras en espacios más grandes.
Para que se presente la corrosión en la hendidura no es necesario que las dos superficies de aproximación sean metálicas. La corrosión por hendidura también es una de las razones principales de la degradación en los rellenos dentales. La hendidura entre la amalgama dental y el diente es atacada por ácidos que se forman en la boca y el relleno se debilita.
También se ha reportado corrosión en hendiduras formadas por varios materiales no metálicos (como, polímeros, vidrios, hule) en contacto con superficies metálicas. El hecho de que esto pueda ocurrir es de una importancia especial en la aplicación y selección de materiales de juntas.
Los mecanismos de corrosión de hendiduras se pueden dividir en dos etapas. El incremento inicial en la proporción de corrosión en el sitio es el resultado de una diferencia de potencial entre la solución dentro de la hendidura y la que se encuentra fuera de la hendidura.
Esta diferencia de potencial puede ser el resultado de una diferencia de la concentración de oxígeno en las dos localidades. Esta diferencia de potencial causa que el metal en el interior de la hendidura padezca una corrosión acelerada.
Aunque la acción inicial en el sitio es resultado de las diferencias de concentración de oxígeno, la continuación de la actividad depende de un proceso autocatalítico.
Por «proceso autocatalítico» queremos decir que la reacción de corrosión en la hendidura produce condiciones que favorecen y hacen necesaria la corrosión continuada.
Picaduras
Las picaduras son una forma localizada de corrosión en la que el ataque está confinado a muchas cavidades pequeñas en la superficie del metal. Las cavidades que se forman pueden variar en cantidad, tamaño y forma. Sin embargo, se piensa en general que una picadura verdadera tiene una relación de profundidad-ancho igual o mayor que 1.
El picado es un tipo especialmente incidioso de ataque porque aunque solo se pueda perder una cantidad pequeña de metal, puede ocurrir una falla debida a la perforación. Las picaduras pueden contribuir a una falla general en otra forma. En componentes sujetos a esfuerzos muy altos, estas picaduras pueden actuar como muescas elevando los esfuerzos localizados, lo que resulta en la creación de grietas de fatiga.
El picado se puede presentar en varios metales y aleaciones, pero los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio son susceptibles en especial a este tipo de degradación. El picado se presenta con más frecuencia en soluciones de pH casi neutros, que contengan iones halógenos.
En general, aquellos factores que favorecen la corrosión generalizada (esto es, pH bajo, temperaturas más altas) no favorecen el ataque de picaduras. La corrosión por picaduras se puede separar en la etapa de inicio y la de propagación. Esta reacción incrementa la concentración de iones de hidrógeno (incrementando la acidez) y favorece proporciones más grandes de disolución dentro de la picadura.
La mejor protección contra ataques de picaduras es la selección de un material que tenga una resistencia adecuada. Esto requiere que se tengan datos muy amplios con relación al comportamiento de los materiales posibles, para medios ambientes que favorezcan las picaduras.
Se dispone de esos datos en muchos textos de referencia o se pueden obtener de evaluaciones de laboratorio de materiales específicos.
Disolución selectiva
La disolución selectiva se refiere a un tipo de corrosión en donde una fase es atacada de preferencia en una aleación o un elemento es disuelto en forma preferencial de una solución sólida.
Un ejemplo de esto es la dezincificación del latón, en donde el latón, cuando se expone al agua de mar, desarrolla regiones en donde el material tiene una textura esponjosa y es básicamente de cobre. Esto ocurre como resultado de la disolución del latón en esta región, con el zinc permaneciendo en solución y los átomos de cobre redistribuyéndose en la estructura.
La ciencia de los materiales ha creado otro grupo de materiales en donde la disolución selectiva puede ocasionar consecuencias serias: Estructuras de compuestos metálicos. Estas se construyen, usualmente de manera que las fibras y las matrices poseen características químicas y mecánicas muy diferentes.
Por este motivo se puede degradar mucho y mostrar pérdidas súbitas de resistencia si las fibras de refuerzo o la matriz son atacadas en forma selectiva.
La forma de ataque puede variar; sin embargo, en general la degradación más severa se produce cuando la especie o fase ata cada está presente en un entramado continuo. Puede haber muy poco cambio en la configuración o geometría general del componente, pero las propiedades mecánicas son afectadas en forma adversa en un modo muy serio.
Agrietamientos por corrosión y esfuerzos
El agrietamiento por corrosión y esfuerzos es una falla corrosiva en las que se forman las grietas de un componente bajo la acción combinada de esfuerzos mecánicos y un medio ambiente agresivo. De todas las formas de ataque localizado, el agrietamiento por corrosión y esfuerzos (SCC) es, con mucho, el más peligroso y difícil de controlar. En SCC, los esfuerzos y el medio ambiente corrosivo se unen para ocasionar una falla súbita, aunque cualquiera de las condiciones por sí mismas causaría un daño despreciable.
Los requisitos para el agrietamiento por corrosión y esfuerzos son:
1. Una aleación susceptible: esta es una aleación que tiene una historia de fallas por corrosión y esfuerzos. Aceros de alta resistencia, latones y aceros inoxidables austeníticos son ejemplos de aleaciones comunes que presentan corrosión por esfuerzos bajo ciertas condiciones.
2. Un medio ambiente específico: casi siempre son necesarios iones específicos para causar agrietamiento en cada aleación. En el caso de los aceros inoxidables austeníticos, los iones de cloruro son particularmente efectivos para causar SCC.
En los latones, es el ion de amonio el que causa problemas de corrosión por esfuerzos.
3. Una fuente de esfuerzos de tensión: estos pueden ser aplicados o residuales. Los esfuerzos aplicados resultarán por las cargas que se presentan cuando el componente está en servicio, mientras que los esfuerzos residuales resultan por los procesos de fabricación como el trabajo en frío y un enfriamiento desigual durante los tratamientos de calor. La presencia de esfuerzos residuales puede producir fallas totalmente inesperadas.
Existen casos numerosos donde los componentes se han almacenado en buenas condiciones y cuando se retiran se ha encontrado que están agrietados.
En general las fallas por corrosión y esfuerzos exhiben poca ductilidad y tienen una apariencia macroscópica de falla frágil. Puede haber grietas múltiples que se originan en la superficie, pero la falla en general resulta por la progresión del crecimiento de una grieta simple en un plano normal a los esfuerzos principales de tensión. Las grietas pueden ser transgranulares o intergranulares.
Ataque intergranular
La corrosión intergranular (IGA) es una condición en la que las fronteras de grano aquí de un material son atacadas en forma preferente y en una proporción mucho más alta que el material a granel. Puesto que la mayoría de los metales y aleaciones estructurales son policristalinos, este puede ser un problema serio.
La causa principal del ataque a las fronteras de grano es una composición química no homogénea en el sitio del ataque. Esta falta de homogeneidad puede ser causada por la segregación o por la precipitación intergranular que puede producir disparidades localizadas de la composición.
Puesto que el volumen real de metal contenido en la frontera de grano es muy pequeño, la penetración en la estructura puede ser muy rápida, aunque sólo se produzcan pérdidas pequeñas del peso.
Esta forma de ataque es prevalente en forma particular en los a aceros inoxidables austeniticos.
El ataque intergranular en los aceros inoxidables es el resultado de la pérdida de cromo en la frontera de grano. Esto puede ocurrir si el acero inoxidable se sujeta a un proceso térmico impropio.
Cuando los aceros austeniticos no modificados como los 302 o 304 se mantienen entre límites de temperatura de 510 a 800°C (950 a 1500°F) o se enfrían con lentitud entre esos límites, los carburos de cromo se precipitan en las fronteras de grano, causando una pérdida de cromo en solución adyacente al carburo.
Este fenómeno, que se conoce como sensibilización. El grado de sensibilización se relaciona en forma directa con la temperatura y la duración de la exposición térmica. Por ejemplo, a 510°C se pueden requerir de varias horas para crear una condición sensibilizada.
La sensibilización se puede ocasionar por procesos inherentes a los tratamientos por calor, exposición que resulta del servicio o como resultado de los procesos de soldadura.
Fuente: Apuntes de la materia de ciencias de los materiales / unideg