Oxidación y Corrosión de Materiales: Tipos, Protección y Tratamientos

Oxidación y Corrosión de Materiales

Oxidación

La oxidación es el proceso por el cual un material se combina con el oxígeno, formando óxidos más o menos complejos. También se conoce como corrosión seca.

MATERIAL + OXÍGENO -> ÓXIDOS ± ENERGÍA

Cuanto mayor sea la energía que se libera, el material será de más fácil oxidación. El único con energía negativa es el oro (Au), que no se oxida.

De menor a mayor energía de oxidación:

• Au, Ag, Pt, Cu, Cr, Co, Ni, Sn, Fe, Ti, Al

La velocidad de oxidación de un material no es mayor cuanto mayor sea la energía liberada. Una vez que se forma una primera capa de óxido, esta actúa como protectora, oponiéndose al movimiento de los iones.

Relación P.B. = Volumen de óxido formado / Volumen de material consumido

Corrosión

Cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o en presencia de sustancias agresivas se denomina corrosión. En un medio húmedo, la capa de óxido se disuelve en el vapor de agua.

La corrosión es el paso de un metal del estado libre al estado combinado por la acción del oxígeno del aire y de los agentes electroquímicos. La oxidación es un proceso electroquímico que se produce en el ánodo (reacción anódica).

Reducción

Es el proceso inverso a la oxidación y toma los electrones procedentes de la oxidación. Se produce en el cátodo (reacción catódica).

Pila Electroquímica

Se produce cuando juntamos dos metales por medio de un líquido capaz de conducir la electricidad. En uno de los metales hay una pérdida de electrones y en el otro una ganancia de electrones que dan lugar a la corrosión electroquímica y la electrodeposición.

Tipos de Corrosión

• Uniforme: Adelgaza por igual.
• Galvánica: Tiene lugar al aproximar dos metales distintos expuestos a un electrolito.
• Aireación diferenciada: Los huecos, empobrecidos en oxígeno, se corroen rápidamente.
• Intergranular: Se produce cuando tenemos varias fases de electronegatividades diferentes.
• Selectiva: Afecta a un solo material de la aleación.
• Corrosión por erosión: Por acción mecánica de un fluido.
• Corrosión por tensiones: Una fuerza externa o interna produce grietas (pobres en oxígeno).

Protección Contra la Oxidación y la Corrosión

Protección del Acero Dulce

El acero dulce (Fe con bajo contenido de carbono) es barato, resistente y fácil de conformar, pero se oxida con gran facilidad.

Protección Mediante Aleado

Se alea con otro material con mayor energía de oxidación y menor velocidad de oxidación, de forma que este se oxida primero y frena el proceso protegiendo al material. Un acero inoxidable debe tener al menos un 10% de Cr y un 12% de Ni.

Recubrimientos Superficiales

Como el dorado o el cromado. Es menos efectivo, ya que si se produce un arañazo profundo se oxida.

Protección Contra la Corrosión

Galvanizado (Zinc)

Sirve de ánodo de sacrificio y se corroe en vez del acero, así se obtiene acero galvanizado, que no se puede soldar y las uniones de piezas suelen ir roscadas.

Estañado (Estaño)

Ambientes pobres en O₂, como el interior de latas.

Recubrimientos Inorgánicos

La pintura de minio se utiliza muy a menudo como pintura anticorrosiva.

Recubrimientos Orgánicos

Los materiales se cubren con pinturas, barnices, lacas... con el fin de protegerlos de la corrosión. Los recubrimientos plásticos, que no conducen la electricidad, poseen gran resistencia a la oxidación y suelen ser muy flexibles, aunque muy poco resistentes al calor.

Protección Anódica

Se basa en la formación de películas pasivas protectoras sobre superficies de metales y aleaciones mediante la aplicación de corrientes anódicas muy controladas. Acero inoxidable, níquel, titanio, aluminio y muchas de sus aleaciones. Aluminio anodizado.

Inhibidores de Corrosión (Anódicos y Catódicos)

Actúan sobre el proceso de oxidación o sobre la reacción.

Protección Catódica

En el cátodo de una pila galvánica se produce siempre una reacción de reducción, de manera que si la pieza que queremos proteger la situamos como cátodo, no sufrirá corrosión. Si se le suministran electrones de forma continua, su corrosión se detiene, produciéndose el fundamento de la protección catódica.

• Protección catódica por corriente impresa: Uniendo la pieza que se quiere proteger al polo negativo de una fuente continua externa. El polo positivo de la fuente se conectará a un ánodo consumible o a un electrodo inerte.
• Protección catódica por ánodo de sacrificio: Mediante un acoplamiento galvánico con otro material anódico respecto al acero. Se suele utilizar el magnesio, el zinc o el aluminio.

Tratamientos para Mejorar las Propiedades de los Materiales

Mejoras en dureza y resistencia mecánica o aumentar su plasticidad para facilitar su conformado posterior.

• Tratamientos Térmicos: Procesos térmicos, no varía su composición química, sí su estructura interna.
• Tratamientos Termoquímicos: Sometidos a enfriamientos y calentamientos y cambios de composición química.
• Tratamientos Mecánicos: Deformación mecánica.
• Tratamientos Superficiales: Se mejoran las propiedades de la superficie sin alterar su composición química másica.

Tratamientos Térmicos - Temple

El temple (mejor para aceros aleados o con % alto de C) consiste en su austenización; es decir, calentamiento hasta una temperatura superior a 727°C, seguido de un enfriamiento lo suficientemente rápido para obtener una estructura martensítica. Los medios usados para enfriar son agua, aceite o aire. La estructura martensítica, pese a ser muy dura, es muy frágil. Una vez templado el acero, se le somete a revenido, que se lleva a cabo calentándolo hasta una temperatura inferior al primero para obtener una estructura más dúctil y tenaz. El temple más revenido se llama bonificado.

Ensayo Jominy

Se encuentra normalizado según las normas UNE, es el más usual y preciso para la medida de templabilidad.