Composición y Protección de Aleaciones Ferrosas: Aceros, Fundiciones y Prevención de la Corrosión

Aleaciones Fe-C

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir el mineral de hierro para producir el metal. Las primeras aleaciones producidas por los artesanos del hierro se clasifican como hierro forjado. Estos artesanos aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero. Poco después se descubrió el arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado y que luego se refinaba para fabricar acero.

Las aleaciones de hierro y carbono (aceros y fundiciones) son las aleaciones metálicas más importantes de la civilización actual. Si contienen más del 2% de carbono, se clasifican como fundiciones; si tienen menos, son aceros. La solubilidad del carbono en el hierro depende de su forma cristalográfica. Esta solubilidad es menor al 0,02% en el hierro alfa y de hasta el 2% en el hierro gamma.

Se distinguen tres grupos de aceros al carbono:

• Eutectoides: Contienen cerca de un 0,8% de C y su estructura está formada únicamente por perlita.
• Hipoeutectoides: Contienen menos del 0,8% de C y su estructura está formada por ferrita y perlita.
• Hipereutectoides: Contienen del 0,8 al 2% de C y su estructura está formada por perlita y cementita.

Corrosión

La interacción entre el material y el ambiente provoca, en muchos casos, la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del material. Estos procesos de deterioro varían según se trate de materiales metálicos, polímeros o cerámicos. El proceso de deterioro en los metales se conoce como oxidación y corrosión. En la oxidación, los metales pasan de un estado electrostáticamente neutro a formar cationes por pérdida de electrones.

La oxidación directa resulta de la combinación de los átomos metálicos con los de la sustancia agresiva (por ejemplo: 2Fe + O₂ → 2FeO). La corrosión electroquímica se caracteriza por la formación de pilas galvánicas en las que el metal actúa como ánodo y, por lo tanto, se disuelve. Este tipo de corrosión exige la presencia de medios electrolíticos, uniones eléctricas y un cátodo.

Medios de protección contra la corrosión

Todos los medios de protección buscan evitar alguna de las causas que provocan la oxidación y corrosión. Entre los más utilizados destacan:

• Recubrimientos: Se utilizan para aislar las regiones del cátodo y del ánodo. Pueden ser de diferente tipo, con una acción más o menos prolongada en el tiempo. Los aislantes a corto plazo son grasas o aceites que se eliminan con facilidad. Los de medio plazo son pinturas o recubrimientos cerámicos. Los de largo plazo consisten en recubrir metales con un alto grado de corrosión con otros que tengan un grado de corrosión menor.
• Protección catódica: Consiste en forzar al metal a comportarse como un cátodo suministrándole electrones. Para ello, se utiliza un ánodo de sacrificio, que se corroe. Los materiales del ánodo de sacrificio suelen ser cinc o magnesio.
• Inhibidores: Consiste en interrumpir o reducir el paso de iones desde el ánodo al cátodo. Para ello, se añade al electrolito productos químicos que se depositan en la superficie del ánodo o cátodo, impidiendo o reduciendo la salida o llegada de los iones, produciendo una polarización por concentración o resistencia.
• Protección por selección de materiales: No todos los metales tienen el mismo comportamiento frente a la corrosión. Algunos metales, como el cromo, el níquel o el oro, son muy resistentes a la corrosión atmosférica y a la acción de muchos ácidos.
• Pasivadores (protección anódica): Se dice que un metal tiene pasividad natural cuando, al oxidarse, se forma una fina capa de óxido que impide su corrosión. Este efecto puede conseguirse de forma artificial en ciertos metales sumergiéndolos en algunos ácidos.