Fundamentos de Enlaces Químicos, Estructuras Cristalinas y Corrosión de Materiales Metálicos

Fundamentos de Enlaces Químicos y Estructuras Cristalinas

Tipos de Enlaces Químicos

• Enlace Iónico: Se da entre elementos de electronegatividades muy diferentes. Se produce una cesión de electrones del elemento menos electronegativo al más electronegativo.
• Enlace Covalente: Se da entre elementos de electronegatividades altas y muy parecidas.
• Enlace Metálico: Se da entre elementos de electronegatividades bajas y muy parecidas.

Estructuras Cristalinas

La estructura cristalina se refiere a la distribución perfectamente organizada de los átomos. Aproximadamente el 70% de los metales cristalizan en sistema cúbico.

Imperfecciones en Estructuras Cristalinas

Los cristales reales no son estructuras cristalinas perfectas. Los defectos son desviaciones observadas mediante métodos experimentales con referencia a la estructura cristalina ideal. Las imperfecciones pueden ser naturales u ocasionadas deliberadamente.

Clasificación de Defectos

Defectos Puntuales

Afectan a una región donde intervienen varios átomos e iones en una estructura cristalina. Son debidos a cambios de la estructura por desplazamiento de los átomos.

Defectos Lineales o Dislocaciones

Consisten en la ausencia conjunta de átomos alineados en subplanos. Se suelen introducir en el cristal durante la solidificación del material o cuando el material es deformado permanentemente.

Defectos Superficiales

Son imperfecciones de la estructura ubicadas en un área del material. Los principales defectos son la misma superficie y las fronteras de los granos, donde se rompe la simetría de los átomos entrelazados.

Defectos Volumétricos

Son defectos en 3 dimensiones que distorsionan fuertemente la red. Suelen estar formados por la agrupación de defectos puntuales.

Aleaciones Metálicas

Las aleaciones son una mezcla homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. Están constituidas por elementos metálicos en estado natural como Fe o Al, y también pueden contener elementos no metálicos como P o Si.

Tipos de Aleaciones

• Ferrosas: El hierro es el principal metal de aleación (ej. Los aceros).
• No Ferrosas: Tienen un metal distinto del hierro (ej. Aleaciones de aluminio).

Procesos de Oxidación y Corrosión

Oxidación

Es el deterioro no deseado de un metal o aleación por reacción con el medio en que se encuentra. Es la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna.

Oxidación Seca

Tiene lugar sin intervención de agua o soluciones ionizadas. En construcción, la oxidación se produce por el oxígeno atmosférico. El metal tiende a liberar electrones, que se combinan con las moléculas de oxígeno y que a su vez reaccionan con el ion metálico para formar el óxido metálico.

Relación Pilling-Bedworth (IPB)

Mide el volumen del óxido formado por el del metal consumido: $\text{IPB} = V_{\text{óxido}} / V_{\text{metal}}$

• Si $\text{IPB}$ está entre 1 y 1: La capa de óxido protege.
• Si $\text{IPB}$ está entre 0 y 1: La capa de óxido no cubre completamente.
• Si $\text{IPB}$ es superior a 2: La capa se desprende.

Oxidación Húmeda

Se produce cuando el metal se halla en contacto con electrolitos, es decir, medios ionizados como agua o soluciones salinas.

Protecciones Frente a la Corrosión

Las principales estrategias de protección incluyen:

• Protección por recubrimiento.
• Protección por capa química.
• Protección catódica.
• Inhibidores.

Protección Catódica

Sirve para controlar la corrosión de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica. El método más sencillo es mediante la conexión del metal a proteger con otro metal más fácilmente corroible; el metal menos noble se va disolviendo lentamente.

Ánodo de Sacrificio

Es el componente principal de un sistema de protección catódica que se utiliza para proteger contra la corrosión las estructuras metálicas enterradas o sumergidas. Habitualmente es el Zinc.

Recubrimientos Protectores

Galvanizado

Consiste en la inmersión de las piezas de acero en Zinc fundido (temperatura aproximada de $450^{\circ}\text{C}$). Se emplea en exterior y en ambientes húmedos, ofreciendo buena adherencia y fortaleza mecánica. Las fases del proceso incluyen: desengrase, lavado, decapado, lavado, baño de sales, estufa de secado, baño de zinc y enfriamiento en agua.

Cincado

Proceso de deposición electrolítica en baños. Genera una capa de zinc fina, tiene menor duración y es adecuado para interiores, piezas suaves y uniformes.

Cromado

Técnica de depositar mediante galvanoplastia una fina capa de cromo sobre un objeto de otro metal o de plástico. La capa puede ser decorativa, proporcionar resistencia frente a la corrosión, facilitar la limpieza del objeto o incrementar su dureza superficial.

Pavonado

Generación de una capa superficial de magnetita alrededor de las piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión.

Pintado

Existen pinturas pigmentadas con una cantidad suficiente de polvo de Zinc para proteger las piezas sobre las que se aplican, formando un recubrimiento conductor de la electricidad.