Oxidación y Corrosión en Materiales: Conceptos Clave y Procesos

Oxidación y Corrosión

Oxidación: Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación.

Velocidad de Oxidación

• Difusión catiónica: El catión M²⁺ junto con los dos electrones atraviesan por difusión la capa de óxido, produciéndose la reducción de oxígeno en la interfase óxido-atmósfera.
• Difusión anódica: Los 2 electrones atraviesan por difusión la capa de óxido y una vez producida la reducción de oxígeno, los iones O^2- atraviesan de nuevo dicha capa en sentido contrario.

Corrosión: Cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas para un material en concreto.

Velocidad de corrosión: m = I x t x P / F

• I: Intensidad de corrosión
• t: Tiempo
• P: Peso equivalente
• F: Constante de Faraday (96500 C/mol)

Tipos de Corrosión

• Uniforme: Se caracteriza por una reacción electroquímica que actúa de manera uniforme sobre toda la superficie del material expuesto a la corrosión, que de esta forma disminuye la sección de forma gradual.
• Galvánica: Tiene lugar cuando dos elementos con potencial de electrodo distintos se ponen en contacto.
• Por picadura: La picadura es una forma de ataque corrosivo muy difícil de detectar, debido a que los pequeños agujeros que se forman pueden quedar tapados con los productos de la corrosión.
• Por grietas: Se trata de una forma de corrosión localizada que se presenta en hendiduras y bajo superficies protegidas, donde pueden existir disoluciones estancadas.
• Intergranular: En un material metálico, los límites del grano se convierten en ocasiones en zonas especialmente sensibles a la corrosión.
• Bajo tensión: La corrosión sufrida por un material en una determinada atmósfera, unida a esfuerzos estáticos de tracción, provoca una situación similar a la fatiga.
• Erosiva: Es un fenómeno de corrosión, unido a desgaste superficial, provocado por la fricción entre dos superficies sólidas, que da lugar a que partículas de óxido unidas a la superficie de un material se desprendan y actúen de modo abrasivo.
• Selectiva: Consiste en la eliminación preferencial de un elemento en una aleación como consecuencia de la corrosión.

Control de la Corrosión: Recubrimientos

• Metálicos: Se aplican en finas capas sobre las piezas metálicas para aislarlas del ambiente corrosivo.
  • Electrolíticamente: Utiliza una corriente continua de unos 100V e intensidad de hasta 10000A.
  • Por inmersión en caliente: Consiste en introducir el material en un baño de metal fundido. Una vez extraída la pieza, se elimina el recubrimiento sobrante y el metal fundido solidifica.
  • Cementación: Consiste en formar una aleación superficial del metal de recubrimiento con el metal base.
• Inorgánicos: Para proteger al acero de la corrosión se le recubre a veces con una fina capa de vidrio fundido.
• Orgánicos: Los materiales se cubren con pinturas, barnices y otras sustancias poliméricas con el fin de protegerlos.

Solidificación

Cuando se enfría un material metálico en estado fundido, llega un momento en que se alcanza una determinada temperatura, conocida como temperatura de equilibrio.

Proceso de Solidificación

• Nucleación: Se forman pequeños núcleos estables solidificados en el interior del líquido fundido.
• Crecimiento: Los núcleos estables crecen hasta dar lugar a la estructura cristalina granular típica de los materiales metálicos.

Curva de enfriamiento: Consiste en la representación de la temperatura del material en función del tiempo transcurrido, durante el proceso de enfriamiento desde el estado líquido.

Regla de Gibbs: f + g = c + 2

• f: Fase
• g: Grados de libertad
• c: Número de componentes del sistema

Regla de los segmentos inversos: w_L = (C_sα - C_α) / (C_sα - C_Lα)

Punto eutéctico: En él coexisten las fases sólidas A y B y la fase líquida, no poseyendo el sistema grado alguno de libertad, es decir, la solidificación tiene lugar a temperatura constante.

• Hipo eutécticas: Situadas a la izquierda del punto eutéctico.
• Hipereutécticas: Situadas a la derecha.

Efectos de la Solidificación de no equilibrio

• El intervalo de temperatura de solidificación aumenta, ya que la temperatura final de solidificación disminuye.
• La curva sólido se desplaza a la izquierda.
• La composición de los granos no es homogénea.

Transformaciones en estado sólido

Un ejemplo de ellas son las transformaciones alotrópicas: en las que un metal cristaliza en una estructura α (alfa) por debajo de una determinada temperatura.

Consecuencias de las transformaciones alotrópicas

• Disminución del tamaño de grano.
• Nueva cristalización que reduce la anisotropía.
• Redistribución de impurezas.

Envejecimiento de fases: Puesta en solución, hipertemple y maduración.

Diagrama Hierro-Carbono

• Austenita: Es el constituyente más denso de los aceros y está formada por la solución sólida de inserción de los átomos de carbono en los huecos octaédricos del hierro.
• Ferrita α (alfa): Es la solución sólida de inserción octaédrica del carbono en el hierro α.
• Ferrita γ (gamma): Es la solución sólida intersticial de carbono en el hierro γ.
• Cementita: Se trata de un compuesto intermetálico cuya composición estequiométrica responde a la fórmula Fe₃C. Cristaliza en un sistema ortorrómbico.
• Perlita: Es la estructura resultante de la solidificación de un acero eutectoide. Si el enfriamiento se produce de forma lenta, cada grano de perlita está formado por láminas alternadas de cementita y ferrita.
• Eutéctica: El líquido de contenido en carbono se transforma convirtiéndose en austenita.
• Eutectoide: La austenita sólida se convierte en ferrita con un contenido en carbono y cementita con un 6,67% en carbono.
• Peritéctica: El líquido con un contenido en carbono de 0,53% se combina con ferrita para convertirse en austenita.