Corrosión
Keywords: Corrosión, Acero, Acero inoxidable, Aluminio, Atmósfera, Bauxita, Bronce, Cerámica (industria), Cobre
Se llama corrosión a la alteración que causa el ambiente en un objeto manufacturado, excluyendo los efectos puramente mecánicos (como el desgaste por frotación y la ruptura por impactos). Los ejemplos más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de patina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).
Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros...) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura...).
La corrosión es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo. (Unos cuantos nanómetros o picómetros invisibles en cada pieza, pero multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo...) Se calcula en general que su costo económico no es inferior al 2% del producto interno bruto.
La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (fisico-química).
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Generalidades
Se abordan aquí los casos más conocidos, a fin de introducir algunos conceptos clave de la corrosión que se usarán más adelante para explicar los otros casos.
Aproximación a la corrosión de los metales
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La corrosión de los metales es un fenómeno natural. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteorítico) los metales están presentes en la Tierra en forma de óxido, en los minerales, (como la bauxita si es aluminio, la hematita si es fierro...). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los óxidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal.
La corrosión, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el óxido.
La corrosión es una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen dos actores:
- la pieza manufacturada y
- el ambiente.
A menudo se habla del "acero inoxidable"; el término es impropio por dos razones:
- este tipo de acero contiene elementos de aleación (cromo, níquel) que se oxidan; a esta capa de óxido se debe la protección del acero;
- no está protegido más que en ciertos tipos de ambiente, y se corroerá en ambientes distintos.
Existen múltiples variedades de aceros llamados "inoxidables", que llevan nombres como "304", "304L", "316N"... correspondientes a distintas composiciones y tratamientos. Cada acero corresponde a ciertos tipos de ambiente; su uso en ambientes distintos será catastrófico.
Además, el material del que está hecha la pieza no es el único parámetro. La forma de la pieza y los tratamientos a los que se la somete (conformación, soldadura, atornillado) tienen un papel primordial. Así, un montaje de dos metales diferentes (por ejemplo, dos variedades de acero, o el mismo acero con tratamientos diferentes) puede dar pie a una corrosión acelerada; además, a menudo se ven trazas de herrumbre en las tuercas. Asimismo, si la pieza presenta un intersticio (por ejemplo, entre dos placas), ahí puede formarse un medio confinado que evolucionará de un modo diferente del resto de la pieza y, por lo tanto, podrá llegar a una corrosión local acelerada. De hecho, toda heterogeneidad puede desembocar en una corrosión local acelerada, como, por ejemplo, en los cordones de soldadura.
Aproximación a la protección contra la corrosión
La corrosión es, pues, un fenómeno que depende del material utilizado, de la concepción de la pieza (forma, tratamiento, montaje) y del ambiente. Se puede influir entonces en estos tres parámetros; se puede influir también en la reacción química misma.
Elección del material
La primera idea es escoger un material que no se corroa en el ambiente considerado. Se pueden utilizar aceros inoxidables, aluminios, cerámicas, polímeros (plásticos)... La elección también debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicación (masa de la pieza, resistencia a la deformación, al calor, capacidad de conducir la electricidad...).
Cabe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables; hasta el aluminio se puede corroer.
Concepción de la pieza
En la concepción, hay que evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general.
Hay que prever también la importancia de la corrosión y el tiempo en el que habrá que cambiar la pieza (mantenimiento preventivo).
Dominio del ambiente
Cuando se trabaja en ambiente cerrado (por ejemplo, un circuito cerrado de agua), se pueden dominar los parámetros que influyen en la corrosión; composición química (particularmente la acidez), temperatura, presión... Se puede, v.g., agregar productos llamados "inhibidores de corrosión".
Sin embargo, este tipo de solución es inaplicable cuando se trabaja en medio abierto (atmósfera, mar, cuenca en contacto con el medio natural, circuito abierto...)
Impedir la reacción química
Existen dos medios para impedir que ocurra la reacción química.
De entrada, se puede aislar la pieza del ambiente, dándole una mano de pintura, cubriendo la pieza de plástico, haciendo un tratamiento de superficie (por ejemplo, nitruración, cromatación o proyección plasma).
También se puede introducir otra pieza para perturbar la reacción; es el principio del "ánodo de sacrificio". Se coloca una pieza (a menudo de zinc) que se va a corroer en lugar de la pieza que se quiere proteger; la reacción química entre el ambiente y la pieza sacrificada impide la reacción entre el ambiente y la pieza útil.
En medio acuoso, basta con atornillar el ánodo sacrifical a la pieza que se debe proteger. Al aire, hay que recubrir totalmente la pieza; es el principio de la galvanización.
Cabe notar que se ha abadonado completamente el cromado (no confundir el cromado, un depósito de cromo, con la cromatación, que es la formación de una capa de metal combinado con iones de cromo VI). En efecto, el cromo mismo no se corroe, protegiendo así la pieza, pero la mínima rayadura era catastrófica, pues la pieza hacía entonces las veces de ánodo sacrificial del cromo y se corroía a gran velocidad.
Las pinturas anticorrosión con plomo han sido abandonadas a causa de su impacto dramático en el ambiente.
Véase también
- Corrosión acuosa
- Corrosión atmosférica
- Corrosión forzada
- Fatiga-corrosión
- Corrosión a alta temperatura
Bibliografía
- [ASM96] : Corrosion 5è éd., vol. 13 de ASM Handbook, éd. ASM International (American Society for Materials), 1996
- [Ben62] : L'Oxydation des métaux, J. Bénard et coll., éd. Gauthier-Villars, 1962
- [Kof88] : High Temperature Corrosion, P. Kofstad, éd. Elsevier, 1988
- [Lan93] : Corrosion et chimie de surfaces des métaux, D. Landolt, vol. 12 de Traité des matériaux, éd. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 1993
- [Now92] : Diffusion in Solids and High Temperature Oxidation of Metals, éditeur J. Nowotny, éd. Trans Tech Publications, 1992
- [Phi98] : Métallurgie : du minerai au matériau, J. Philibert et coll. , éd. Masson, 1998