Fonaments de la corrosii mesures de protecci

Luis Bilrubina AlterFrancisco Liesa Mestres

7Prleg

Prleg

Tots els enginyers i tcnics coneixen els resultats de la corrosi, per la majoria en desconeixen elmecanisme, la qual cosa no els permet actuar de forma adecuada per prevenir-la.

El llibre s dedicat a tcnics de les indstries de la producci, estudiants d'enginyeria i de cincia delsmaterials, tcnics de manteniment d'installacions i, en general, a tots aquells que en la seva professiestan preocupats per combatre el deteriorament prematur que ocasiona aquest fenomen, i la prduaeconmica que representa.

La corrosi dna lloc a un canvi qumic en el material, per aix s interessant que el lector estiguifamiliaritzat amb els principis de la qumica. La major part de les reaccions que tenen lloc en la corrosiestan fixades per la composici qumica i l'estructura dels materials, per tant, tamb interessa que ellector conegui els elements de la cincia dels materials.

S'ha procurat utilitzar un llenguatge assequible i donar al llibre no pas un caire purament cientfic, sinms aviat un enfocament prctic, que permet resoldre el problema d'evitar la corrosi en un cas concret,sense oblidar de donar orientacions per tal de poder esbrinar les causes del fenomen i preveure'l en elfutur.

En els sis primers captols es tracta de recordar breument les bases cientfiques de la corrosi. Alscaptols 7 i 8 es presenten els diferents tipus de corrosi. Als captols 9, 10 i 11 es donen una srie deprocediments per protegir els materials de la corrosi, principalment els metalls. Al captol 12 espresenten diferents procediments per controlar i mesurar la corrosi, i als captols 13, 14 i 15 es tracten,a ttol d'exemple, tres temes concrets: la corrosi del formig, la corrosi en carrosseries d'autombilsi la corrosi marina.

El llibre es basa en l'experincia de molts anys dels autors en aquest difcil camp de la corrosi, ambla resoluci de diferents qestions de tipus prctic, com tamb en una acurada recopilaci de dades dediferents experts i tractats sobre aquest camp.

Ens agradaria que aquest llibre servs per estimular els joves per acceptar el repte que presenten elscontinus problemes de corrosi, i ajudar a reduir les enormes prdues econmiques i de recursosnaturals que aquesta ocasiona.

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1 Introducci

2 Aspecte termodinmic de les reaccions de corrosi

2.1 Energia lliure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2 Potencials d'elctrodes. Sries electroqumiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.3 Equaci de Nernst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3 Piles electroqumiques

3.1 Piles galvniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Piles de concentraci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.3 Piles d'aireig diferencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4 Polaritzaci

4.1 Polaritzaci per concentraci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.2 Polaritzaci per activaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.3 Polaritzaci per resistncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5 Cintica de la corrosi

5.1 Velocitat de corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335.2 Exemples prctics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Fonaments de la corrosi i mesures de protecci10

6 Passivaci

6.1 Potencistat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406.2 Potencial de Flade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7 Tipus de corrosi

7.1 Corrosi ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437.1.1 Humitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437.1.2 Contaminaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457.1.3 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477.1.4 Orientaci de la proveta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487.1.5 Classes d'atmosferes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7.2 Corrosi per aiges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517.2.1 Cicle de l'aigua a la naturalesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517.2.2 Tipus d'impureses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527.2.3 Acci corrosiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

7.3 Corrosi per terres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547.3.1 Porositat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547.3.2 Conductivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557.3.3 Humitat, sals dissoltes, pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567.3.4 Microorganismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

7.4 Corrosi per corrents errtics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577.5 Corrosi microbiolgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

7.5.1 Tipus de bacteris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587.5.2 Mecanisme de la corrosi bacteriana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597.5.3 Reconeixement de la corrosi bacteriana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

7.6 Corrosi galvnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617.6.1 Condicions necessries perqu tingui lloc aquesta corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627.6.2 Factors que afecten la velocitat de corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.6.3 Corrosi galvnica sense contacte fsic directe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

8 Corrosi per condicions metallrgiques

8.1 Corrosi per la influncia de tensions mecniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678.1.1 Corrosi amb tensi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678.1.2 Factors que intervenen en la corrosi per tensi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688.1.3 Mecanisme de la corrosi amb tensi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

8.2 Fatiga amb corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 728.2.1 Factors que intervenen sobre la resistncia en la fatiga amb corrosi . . . . . . . . . . . 72

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8.3 Corrosi per frec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748.3.1 Factors de qu depn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758.3.2 Mecanisme de la corrosi per frec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778.3.3 Corrosi per frec-cavitaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

8.4 Fragilitat per hidrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

9 Protecci contra la corrosi amb revestiments orgnics

9.1 Introducci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819.2 Preparaci de la superfcie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

9.2.1 Norma Swedish Standard Institution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829.2.2 Norma Steel Structures Painting Council USA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839.2.3 Fases de la preparaci de la superfcie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

9.3 Revestiments amb planxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869.3.1 Revestiments amb elastmers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 879.3.2 Revestiments amb termoplstics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 939.3.3 Revestiments amb termoestables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

9.4 Revestiments amb pintures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1019.4.1 Composici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1019.4.2 Classificaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1029.4.3 Aplicaci a la lluita contra la corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1039.4.4 Mtodes d'aplicaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

10 Protecci contra la corrosi amb recobriments metllics

10.1 Electrodeposici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10710.1.1 Mecanisme de la deposici metl.lica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10910.1.2 Influncia de la sobretensi d'hidrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11010.1.3 Influncia del pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11010.1.4 Altres factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11110.1.5 Preparaci de la superfcie per a l'electrodeposici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11410.1.6 Tcniques d'electrodeposici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

10.2 Recobriments autocataltics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12110.2.1 Deposici de nquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

10.3 Anoditzaci de l'alumini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

11 Protecci catdica i inhibidors

11.1 Tipus de protecci catdica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Fonaments de la corrosi i mesures de protecci12

11.2 Clcul d'una installaci de protecci catdica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12711.2.1 node de sacrifici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12711.2.2 Protecci catdica per corrent imposat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

11.3 Inhibidors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

12 Control i mesura de la velocitat de corrosi

12.1 Introducci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13512.2 Diagrames de Pourbaix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13612.3 Corbes de polaritzaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13912.4 Diagrames de Tafel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14112.5 Polaritzaci lineal. Resistncia de polaritzaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14212.6 Mesures d'impedncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

13 Corrosi del formig

13.1 Atac sobre el ciment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14613.1.1 Aiges toves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14613.1.2 cids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14713.1.3 I magnesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14913.1.4 Sals amniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15013.1.5 Nitrats i nitrits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15013.1.6 I clorur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15013.1.7 I sulfat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15013.1.8 Corrosi alcalina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15113.1.9 Corrosi microbiolgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

13.2 Corrosi sobre les armadures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15213.3 Protecci del formig i de les armadures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

14 Corrosi en carrosseries d'autombils

14.1 nalisi de la carrosseria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15514.2 Tipus de corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15714.3 Zones de corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16014.4 Influncia del disseny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16314.5 Recobriments de protecci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

14.5.1 Galvanitzaci per immersi en calent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16814.5.2 Electrogalvanitzaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16914.5.3 Zincrometall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

ndex 13

14.5.4 Aluminiatge i alumino-zincatge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17014.5.5 Fosfataci i pintat per cataforesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

14.6 Proteccions especials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

15 Corrosi marina

15.1 Composici de l'aigua de mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17715.2 Influncia de l'estat superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18015.3 Anlisi de zones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18115.4 Efecte de la velocitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18215.5 Incrustacions biolgiques (Fouling) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

15.5.1 Tipus de macroorganismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18415.5.2 Adhesi dels organismes incrustants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18615.5.3 Influncia dels organismes incrustants en la corrosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

15.6 Pintures bactericides i antiincrustants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18815.6.1 Materials actius o txics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18815.6.2 Aglutinants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

15.7 Protecci catdica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19215.7.1 Aplicaci de la protecci catdica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

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