Corrosión del metal: causas y métodos de protección

El contenido del artículo

• ¿Qué es la corrosión del metal?
• Corrosión química
• Corrosión electroquímica
• Otras causas de la corrosión del metal
• Medidas para proteger los metales de la corrosión.
• Protección anticorrosión con revestimientos no metálicos
• Protección del hierro contra la corrosión mediante revestimientos de otros metales.
• Aumento de la resistencia a la corrosión mediante la adición de aditivos de aleación a las aleaciones de acero.
• Medidas anticorrosión
• Protección contra corrientes parásitas

La corrosión del metal contiene mucho más que el nombre de una banda de rock popular. La corrosión destruye irrevocablemente el metal, convirtiéndolo en polvo: de todo el hierro producido en el mundo, el 10% se derrumbará por completo en el mismo año. La situación con el metal ruso se parece a esto: todo el metal fundido en un año en cada sexto alto horno de nuestro país se convierte en polvo oxidado antes de fin de año..

La expresión «cuesta un centavo» en relación con la corrosión del metal es más que cierta: el daño anual causado por la corrosión es al menos el 4% de los ingresos anuales de cualquier país desarrollado, y en Rusia la cantidad de daño se calcula en diez dígitos. Entonces, ¿qué causa los procesos corrosivos en los metales y cómo tratarlos??

¿Qué es la corrosión del metal?

Destrucción de metales como resultado de interacción electroquímica (disolución en un medio de aire o agua que contiene humedad – electrolito) o química (formación de compuestos metálicos con agentes químicos de alta agresión) con el entorno externo. El proceso de corrosión en metales puede desarrollarse solo en algunas áreas de la superficie (corrosión local), cubrir toda la superficie (corrosión uniforme) o destruir el metal a lo largo de los límites del grano (corrosión intergranular).

El metal bajo la influencia del oxígeno y el agua se convierte en un polvo suelto de color marrón claro, más conocido como óxido (Fe₂O₃H₂ACERCA DE).

Corrosión química

Este proceso se lleva a cabo en ambientes que no son conductores de corriente eléctrica (gases secos, líquidos orgánicos – productos petrolíferos, alcoholes, etc.), y la intensidad de la corrosión aumenta con el aumento de temperatura – como resultado, se forma una película de óxido en la superficie del metal..

Todos los metales están sujetos a corrosión química, tanto ferrosos como no ferrosos. Los metales no ferrosos activos (por ejemplo, aluminio) bajo la influencia de la corrosión están cubiertos con una película de óxido que evita la oxidación profunda y protege el metal. Y un metal tan poco activo, como el cobre, bajo la influencia de la humedad en el aire adquiere una flor verdosa: pátina. Además, la película de óxido no protege al metal de la corrosión en todos los casos, solo si la estructura cristalinoquímica de la película formada es consistente con la estructura del metal; de lo contrario, la película no hará nada..

Las aleaciones son susceptibles a otro tipo de corrosión: algunos elementos de las aleaciones no se oxidan, sino que se reducen (por ejemplo, una combinación de alta temperatura y presión en aceros es la reducción de carburos con hidrógeno), mientras que las aleaciones pierden por completo las características necesarias.

Corrosión electroquímica

El proceso de corrosión electroquímica no requiere la inmersión obligatoria del metal en el electrolito: una película electrolítica suficientemente delgada en su superficie (a menudo, las soluciones electrolíticas impregnan el entorno que rodea al metal (hormigón, suelo, etc.)). La causa más común de corrosión electroquímica es el uso generalizado de sales domésticas e industriales (cloruros de sodio y potasio) para eliminar el hielo y la nieve en las carreteras en invierno; los automóviles y los servicios públicos subterráneos se ven particularmente afectados (según las estadísticas, las pérdidas anuales en los Estados Unidos por el uso de sales en invierno son $ 2.5 mil millones).

Ocurre lo siguiente: los metales (aleaciones) pierden algunos de sus átomos (pasan a la solución electrolítica en forma de iones), los electrones que reemplazan los átomos perdidos cargan el metal con una carga negativa, mientras que el electrolito tiene una carga positiva. Se forma un par galvánico: el metal se destruye, gradualmente todas sus partículas pasan a formar parte de la solución. La corrosión electroquímica puede ser causada por corrientes parásitas que surgen de la fuga de una parte de la corriente del circuito eléctrico a soluciones acuosas o al suelo y de allí a una estructura metálica. En aquellos lugares donde las corrientes parásitas salen de las estructuras metálicas y regresan al agua o al suelo, se produce la destrucción de los metales. Es especialmente común que se produzcan corrientes parásitas en lugares donde se mueve el transporte eléctrico terrestre (por ejemplo, tranvías y locomotoras de ferrocarril accionadas por tracción eléctrica). En solo un año, las corrientes errantes de 1A pueden disolver hierro – 9.1 kg, zinc – 10.7 kg, plomo – 33.4 kg.

Otras causas de la corrosión del metal

El desarrollo de procesos corrosivos se ve facilitado por radiaciones, productos de desecho de microorganismos y bacterias. La corrosión causada por microorganismos marinos daña el fondo de los barcos, y los procesos corrosivos causados ​​por bacterias incluso tienen su propio nombre: biocorrosión.

La combinación de los efectos de las tensiones mecánicas y el entorno externo acelera la corrosión de los metales muchas veces: su estabilidad térmica disminuye, las películas de óxido de la superficie se dañan y, en aquellos lugares donde aparecen inhomogeneidades y grietas, se activa la corrosión electroquímica..

Medidas para proteger los metales de la corrosión.

Una consecuencia inevitable del progreso tecnológico es la contaminación de nuestro medio ambiente, un proceso que acelera la corrosión de los metales, ya que el ambiente externo es cada vez más agresivo hacia ellos. No hay forma de eliminar por completo la destrucción corrosiva de los metales, todo lo que se puede hacer es ralentizar este proceso tanto como sea posible..

Para minimizar la destrucción de metales, puede hacer lo siguiente: reducir la agresión del entorno que rodea el producto metálico; aumentar la resistencia del metal a la corrosión; excluir la interacción entre el metal y las sustancias del entorno externo, mostrando agresión.

Durante miles de años, la humanidad ha intentado muchas formas de proteger los productos metálicos de la corrosión química, algunas de ellas todavía se utilizan hoy en día: recubrimiento con grasa o aceite, otros metales que se corroen en menor medida (el método más antiguo, que tiene más de 2 mil años: estañado (recubrimiento estaño)).

Protección anticorrosión con revestimientos no metálicos

Recubrimientos no metálicos: pinturas (alquídicas, aceite y esmaltes), barnices (sintéticos, bituminosos y alquitrán) y polímeros forman una película protectora en la superficie de los metales, excluyendo (con su integridad) el contacto con el ambiente externo y la humedad..

El uso de pinturas y barnices es beneficioso porque estos recubrimientos protectores se pueden aplicar directamente en el lugar de montaje y construcción. Los métodos de aplicación de pinturas y barnices son simples y fáciles de mecanizar, los recubrimientos dañados se pueden restaurar «en el lugar»; durante la operación, estos materiales tienen un costo relativamente bajo y su consumo por unidad de área es pequeño. Sin embargo, su efectividad depende del cumplimiento de varias condiciones: cumplimiento de las condiciones climáticas en las que se utilizará la estructura metálica; la necesidad de utilizar pinturas y barnices exclusivamente de alta calidad; Cumplimiento estricto de la tecnología de aplicación en superficies metálicas. Es mejor aplicar pinturas y barnices en varias capas; su cantidad proporcionará la mejor protección contra la intemperie en la superficie del metal..

Los polímeros como las resinas epoxi y el poliestireno, el cloruro de polivinilo y el polietileno pueden actuar como recubrimientos protectores contra la corrosión. En los trabajos de construcción, las piezas empotradas de hormigón armado se recubren con revestimientos de una mezcla de cemento y perclorovinilo, cemento y poliestireno..

Protección del hierro contra la corrosión mediante revestimientos de otros metales.

Hay dos tipos de recubrimientos inhibidores de metales: bandas de rodadura (recubrimientos de zinc, aluminio y cadmio) y resistentes a la corrosión (recubrimientos de plata, cobre, níquel, cromo y plomo). Los inhibidores se aplican químicamente: el primer grupo de metales tiene una alta electronegatividad en relación con el hierro, el segundo, una alta electropositividad. Los más extendidos en nuestra vida cotidiana son los recubrimientos metálicos de hierro con estaño (hojalata, latas están hechas de él) y zinc (hierro galvanizado – techado), que se obtienen al tirar de la chapa de hierro a través de la fusión de uno de estos metales..

A menudo, los accesorios de hierro fundido y acero, así como las tuberías de agua, están galvanizados; esta operación aumenta significativamente su resistencia a la corrosión, pero solo en agua fría (cuando se suministra agua caliente, las tuberías galvanizadas se desgastan más rápido que las no galvanizadas). A pesar de la eficacia de la galvanización, no proporciona una protección ideal: el recubrimiento de zinc a menudo contiene grietas, que requieren un niquelado preliminar de las superficies metálicas (niquelado) para eliminarlas. Los recubrimientos de zinc no permiten la aplicación de pinturas y barnices, no hay recubrimiento estable.

La mejor solución para la protección contra la corrosión es un revestimiento de aluminio. Este metal tiene una gravedad específica menor, lo que significa que se consume menos, se pueden pintar superficies aluminizadas y la capa de pintura será estable. Además, el revestimiento de aluminio, en comparación con el revestimiento galvanizado, es más resistente a entornos agresivos. El aluminio no se usa ampliamente debido a la dificultad de aplicar este recubrimiento sobre una hoja de metal – el aluminio en estado fundido muestra una alta agresión a otros metales (por esta razón, el aluminio fundido no se puede contener en un baño de acero). Quizás este problema se resolverá por completo en un futuro muy cercano: los científicos rusos encontraron el método original de realizar la aluminización. La esencia del desarrollo no es sumergir la hoja de acero en la fusión de aluminio, sino elevar el aluminio líquido a la hoja de acero..

Aumento de la resistencia a la corrosión mediante la adición de aditivos de aleación a las aleaciones de acero.

La introducción de cromo, titanio, manganeso, níquel y cobre en la aleación de acero permite obtener aceros aleados con altas propiedades anticorrosivas. La alta proporción de cromo confiere a la aleación de acero una resistencia especial, por lo que se forma una película de óxido de alta densidad en la superficie de las estructuras. La introducción de cobre en la composición de aceros de baja aleación y aceros al carbono (del 0,2% al 0,5%) permite aumentar su resistencia a la corrosión en 1,5-2 veces. Los aditivos de aleación se introducen en la composición del acero de acuerdo con la regla de Tamman: se logra una alta resistencia a la corrosión cuando hay un átomo de metal de aleación por cada ocho átomos de hierro.

Medidas anticorrosión

Para reducirlo, es necesario reducir la actividad corrosiva del medio mediante la introducción de inhibidores no metálicos y reducir el número de componentes capaces de iniciar una reacción electroquímica. Este método reducirá la acidez de suelos y soluciones acuosas en contacto con metales. Para reducir la corrosión del hierro (sus aleaciones), así como del latón, cobre, plomo y zinc, es necesario eliminar el dióxido de carbono y el oxígeno de las soluciones acuosas. En la industria de la energía eléctrica, los cloruros se eliminan del agua que pueden afectar la corrosión localizada. El encalado del suelo puede reducir su acidez..

Protección contra corrientes parásitas

Es posible reducir la electrocorrosión de servicios públicos subterráneos y estructuras metálicas enterradas si se observan varias reglas:

• la sección de la estructura que sirve como fuente de corriente parásita debe estar conectada con un conductor metálico al carril del tranvía;
• las rutas de la red de calefacción deben ubicarse a la distancia máxima de los ferrocarriles por los que se mueve el transporte eléctrico, para minimizar el número de sus intersecciones;
• el uso de soportes de tuberías aislantes para aumentar la resistencia de transición entre el suelo y las tuberías;
• en las entradas a los objetos (fuentes potenciales de corrientes parásitas), es necesario instalar bridas aislantes;
• instale puentes longitudinales conductores en los accesorios de las bridas y las juntas de expansión de la caja de empaquetadura, para aumentar la conductividad eléctrica longitudinal en la sección protegida de las tuberías;
• Para igualar los potenciales de las tuberías paralelas, es necesario instalar puentes eléctricos transversales en secciones adyacentes..

La protección de objetos metálicos aislados y pequeñas estructuras de acero se logra con un protector que actúa como ánodo. El material del protector es uno de los metales activos (zinc, magnesio, aluminio y sus aleaciones); asume la mayor parte de la corrosión electroquímica, colapsando y preservando la estructura principal. Un ánodo de magnesio, por ejemplo, protege 8 km de tubería.