Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ingeniería

Ciencia de MaterialesTécnicas de caracterización de la corrosión

Integrantes

Díaz Rosas Alejandro González Pablo ArleidHerrera Hernández PabloMoreno González Manuel Olvera Aguirre ZabdielSánchez Ledesma Alejandro

CorrosiónLa corrosión es un proceso natural en el que se produce una transformación de un elemento metálico a un compuesto más estable que es un oxido.

La corrosión se puede definir de tres maneras:

a) Destrucción y deterioración de un material a causa de su reacción que presenta con el medio ambiente y es aplicable en todo solido metálico o no.

b) Destrucción de los materiales a través de cualquier medio, excepto efectos mecánicos o fiscos.

c) Proceso inverso de la metalurgia, en el cual los materiales metálicos vuelven al estado combinado que se encuentran en la naturaleza, esta definición solo aplica para metales y aleaciones.

Erosión-corrosiva

Materiales que no posen erosión

Oxidación

Erosión seca

Es cuando el ataque se produce por reacción química, sin intervención de la corriente eléctrica.

Erosión húmeda

Cuando es de naturaleza electroquímica.

Problemática de la corrosión

Importancia de la corrosión

Clasificación de la corrosión.

• Corrosión química (seca)

• Corrosión electroquímica (húmeda)

Clasificación de procesos de corrosión.

Para facilitar su valoración y estudio se puede clasificar los procesos de corrosión según criterios muy variados • Por el mecanismo de ataque • Según el medio corrosivo • En función de la morfología • De acuerdo con los factores mecánicos que

inciden en el proceso, etc.

mecanismo Medio agresivo morfología Acciones físicas simultaneas

Sectores industriales

Oxidación directa(corrosión química o seca).

Corrosión electroquímica o húmeda

Atmosférica Estructuras

sumergidas De

estructuras enterradas

Por gases calientes

Por sales fundidas

Por ácidos etc.

Uniforme Galvánica Selectiva Por picaduras Inter granular Fisurante

bajo tención En lamina de

cuchillo Exfoliante En resquicios

etc.

Erosión-corrosión

Corrosión bajo tensión

Corrosión por cavitación

Corrosión por frotamiento

Corrosión-fatiga

Transporte Aplicaciones

marinas Construcción Petroquímica Generación

de energía Industria

alimentaria

Clasificación de los procesos de corrosión según diferentes criterios.

Técnicas para la identificación de la corrosión.

Pruebas No Destructivas

Análisis Químico Datos Operacionales

Fluido Electroquímico

Monitoreo de Corrosión

• Ultrasonido

• Radiografía

• Termografía

• Corriente Eddy / Flujo Magnético

• Medición de pH

• Conteo de Iones Metálicos (Fe2+, Fe3+)

• Análisis Microbiológico

• Tasa de Flujo

• Presión

• Temperatura

• Medición de Potencial

• Medición Potencio-estática.

• Medición Potencio-dinámica.

• Impedancia A.C.

• Cupones de Pérdida de Peso

• Resistencia Eléctrica

• Polarización Lineal

• Penetración de Hidrógeno

• Corriente Galvánica

Técnicas más comunes usadas en las aplicaciones industriales:

• Cupones de Corrosión (Medición de pérdida de peso) • Resistencia Eléctrica (Probetas E/R)• Resistencia de Polarización Lineal (Probetas LPR) • Galvánica (ZRA)/ Potencial • Penetración de Hidrógeno • Microbiológica • Erosión por arena

RESISTENCIA A LA POLARIZACIÓN

La técnica electroquímica es la denominada resistencia a la polarización línea, esta ha sido utilizada por años para determinar la velocidad de corrosión, generalmente se encuentra expresada en mili-pulgadas por año.

• Durante muchos años de investigación científicos observaron experimentalmente el grado de polarización en una determinada corriente aplicada fue mayor a una velocidad de corrosión. Además se observó una aparente linealidad en el origen de la curva de polarización por lo tanto, la pendiente de la curva lineal es inversamente proporcional a la velocidad de corrosión.

Derivación de la resistencia a la polarización.

• El método de resistencia a la polarización puede ser derivada de la teoría del potencial mixto, las curvas experimentales se polarizan pueden obtenerse de la siguiente ecuación.

La densidad de corriente anódica aplicada iapp,a, viene dada por:

La curva de polarización graficada muestra el aparente comportamiento lineal a una variación de voltaje cercano al origen. El alcance de la linealidad depende de la constante de tafel seleccionados.

• Al polarizar del potencial de corrosión Ecorr con las densidades de corriente anódica y catódica ,ia y ic

La velocidad de corrosión se determina con la siguiente ecuación:

Dónde:Vcorr=velocidad de corrosión (mpy) PE= Peso equivalente D=densidad (g/cm3) Icorr= densidad de corrosión (A/cm2)

Caracterización de la resistencia a la corrosión de muestras en base CoCr para aplicaciones

dentales

• Las aleaciones de CoCr ofrecen una excelente resistencia a la corrosión debido principalmente a la formación de una fina capa pasiva de óxido rica en cromo (Cr203) que protege al material.

• Esta capa de óxido de cromo puede variar en espesor, composición química así como estado de oxidación y se ve afectada por diversos factores como el pH, potencial de electrodo y composición de electrolito

Observación mediante microscopía electrónica de barrido (SEM)

• Previamente a la preparación de las muestras para el ensayo de corrosión, se procedió a su observación mediante SEM para descartar defectos de mecanización u otros elementos que pudieran influenciar en los ensayos electroquímicos.

ANÁLISIS QUÍMICO POR EDS

Ensayos electroquímicos• Los ensayos de medición del potencial y corriente galvánica

se realizaron empleando una celda electroquímica de 250 ml de capacidad conectada a un potenciostato.

• Todo el dispositivo se protegió de los campos electromagnéticos externos con una celda de Faraday con puesta a tierra.

• El electrodo de referencia usado es un electrodo de referencia de calomel saturado (SCE) para el seguimiento del potencial y el corriente en el par. El potencial de este electrodo respecto al potencial estándar del hidrógeno es de 0,242V a 37ºC. El electrolito de ensayo fue una solución de Hanks con un pH de 7,8.

• El área a evaluar mediante ensayos electroquímicos es la señalada en azul, con un área superficial de 68,35 mm2 .

• Se estudiaron en total de 5 muestras. Previo al ensayo, las muestras se limpiaron con etanol y ultrasonidos durante 15 minutos.

• Después se procedió a la unión de la pieza con un cable de cobre y se selló la conexión mediante plata coloidal y una capa de silicona térmica. Posteriormente, se encapsuló la muestra y la conexión en resina para aislar el contacto eléctrico y las partes de las pieza que no se desean ensayar.

• Las muestras así como los electrodos se limpiaron con agua destilada y se secaron al aire antes de sumergirlos en el fluido.

Para evaluar el comportamiento electroquímico de las muestras, se realizaron dos ensayos distintos, primero se hizo el ensayo de circuito abierto o potencial libre y seguidamente el de potencial cíclico. Para cada test se analizó el Ti c.p. como control.

Potencial de circuito abierto

• El ensayo de circuito abierto que consiste en medir el potencial de corrosión en función del tiempo (E vs t). El potencial electroquímico de corrosión (Ecorr) se midió durante dos horas y los datos se registraron cada segundo.

Polarización cíclica

• El ensayo de polarización cíclica permite determinar el comportamiento electroquímico del material al aplicar una rampa de potencial entre la muestra y el electrodo de referencia de calomelanos.

• Para ambos ensayos se utiliza un montaje de tres electrodos para así minimizar la caída óhmica y evitar la polarización del electrodo de referencia con el paso de corrientes elevadas.

Ensayo de inmersión

• El ensayo de inmersión permite cuantificar mediante espectrometría de masas (ICP) los productos de degradación después de mantener una muestra de ensayo en inmersión en solución de Hanks con una relación de área muestra/volumen solución de al menos de 1ml/cm2 durante 7 días a 37ºC de temperatura.

Resultados

Potencial de circuito abierto

Polarización cíclica

Ensayo de inmersión

• La medida del pH antes y después de los 7 días se mantuvo constante a 7,2. Los resultados de espectrometría de masas mostraron una concentración de 39 ppb de Co y ninguna traza de el resto de elementos de la aleación (Cr, Mo, Fe, Ni, Si).

Espectroscopía de impedancia electroquímica

• Es un método electroquímico utilizado en estudios de corrosión.• Consiste en aplicar una señal de corriente alterna a un electrodo para

medir su respuesta a diferentes frecuencias. Así, el equipo electrónico usado procesa las mediciones de potencial dando como resultado una serie de valores de impedancia correspondientes a cada frecuencia estudiada. Esta relación de valores de impedancia y frecuencia se denomina “espectro de impedancias”.

• Los espectros de impedancia obtenidos suelen ser analizados mediante circuitos eléctricos, compuestos por componentes tales como resistencias, capacitancias, inductancias, etc. Combinados de tal manera que reproduzcan los espectros de impedancia medidos. Estos circuitos eléctricos son denominados “circuitos eléctricos equivalentes”.

• A partir de los valores de diferentes parámetros eléctricos obtenidos de los circuitos equivalentes se obtiene información, tanto de velocidades de corrosión como de mecanismos de corrosión.

• La Figura muestra datos de velocidad de corrosión, en función del tiempo, de un acero X52, utilizado en la construcción de ductos de transporte de hidrocarburos, inmerso en un medio acuoso 0.5 M de HCl. En esta figura se puede apreciar la excelente correlación entre los datos obtenidos por la técnica de corriente directa “polarización lineal” (Rp) y los valore de velocidad de corrosión obtenidos mediante la técnica de EIS.

Instrumentación electrónica para obtener los espectros de impedancia de un sistema electroquímico

• Está constituida por un generador/analizador de funciones, el cual puede analizar o aplicar señales sinusoidales, en un amplio rango de frecuencias, a un potenciostato de alta velocidad de respuesta y sensibilidad.

• El potenciostato aplica la señal sinusoidal correspondiente al electrodo de trabajo en la celda electroquímica. La respuesta del electrodo medida por el potenciostato es alimentada a un analizador de funciones digital el cual determina la respuesta de impedancia y el ángulo de fase correspondientes a cada frecuencia estudiada. No obstante que es posible utilizar un potenciostato manual, de manera general, la captura o registro de los datos, el almacenamiento y la manipulación de los mismos se efectúa en una computadora.

• Electrodo de trabajoEs el electrodo en un sistema electroquímico en el que está ocurriendo la reacción de interés. Dependiendo de si la reacción en el electrodo es una reducción o una oxidación, el electrodo de trabajo puede ser contemplado como catódico o anódico.

• Electrodo de referencia.Es un electrodo que tiene un potencial de equilibrio estable y conocido. Es utilizado para medir el potencial contra otros electrodos en una celda electroquímica.

• El electrodo auxiliar Pasa toda la corriente necesaria para equilibrar la corriente observada en el electrodo de trabajo.

Rango de frecuencia

• Es recomendable que el rango de frecuencia usado sea lo más amplio posible. Idealmente esto implica un rango de 6 a 7 décadas (por ejemplo 10-2 a 105 Hz). No obstante, muchos sistemas de corrosión no permiten hacer un análisis en un rango extenso de frecuencias, sin obtener una cantidad de ruido considerable. VCORR

Aproximada (mm/año)

Rango de frecuencia (Hz)

Ejemplo

14 0.8-8000 Acero al carbón en ácido fuerte

0.6 0.032-320 Acero al carbón en agua natural

0.03 0.0016-16 Acero al carbónagua naturalinhibida

0.0003 0.000016-0.16 Metal pasivo

Método gravimétrico

Para determinar la velocidad de corrosión por este método hay que someter al material en estudio a un ataque del agente corrosivo durante un periodo de tiempo bastante largo. Una vez finalizado el ataque se determina el cambio de peso que el material experimenta con el fin de obtener la velocidad de corrosión, es decir los miligramos de material perdido por día transcurrido y dm2 de área de material expuesto.

Dónde:• V= velocidad de

corrosión.• mi= masa inicial• mf= masa final.• p= la densidad del

material.• A= área de exposición.• t= tiempo de exposición.