Corrosion. Types. Prevention

INTRODUCTION

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Corrosion is defined as deterioration of materials as a consequence of electrochemical attack by the environment. In a general form, it could be understood as the general tendency of materials to reach its most stable form or the one with less free energy. Always, when corrosion is due to a chemical reaction (oxidation), the velocity at which it takes place will depend, in some way, on temperature, salinity of the contact fluid with metal and on the material properties. Other nonmetallic materials also suffer corrosion but by other mechanisms (Martínez, 2016MARTÍNEZ, F.: Temas importantes en el Mantenimiento. Ingeniería de Superficies, Corrosión, Materiales de Construcción, Aceros inoxidables, Ed. Monografía: Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, vol. monografía, La Habana, Cuba, 2016, ISBN: 978-959-261-526-7.).

On chemical reaction (ox reduction) three factors will act:

Manufactured element
Environment
Water

On electrochemical reaction, the most known factors are chemical reaction of metals caused by air, as rust of iron and steels or the formation of green film on cooper and its alloys (bronze, brass).

Corrosion is a wider phenomenon that affects all materials (metals, ceramics, polymers) and all environments (aquatic, atmosphere, high temperatures, etc.). It is an important industrial problem as it can cause accidents (element fractures) and it represents an important cost, as it is calculated that, every few seconds, 5 tons of steels all over the world are dissolved. It is invisible in each element but, multiplied by the steel quantities in the world, it represents an important number (Garcia, 2011GARCÍA, P.O.: Gestión Moderna del Mantenimiento Industrial. Principios fundamentales, Ed. Ediciones de la U, 2011, ISBN: 958-762-316-9.; 2012GARCÍA, P.O.: Gestión moderna del mantenimiento industrial, Bogotá, Colombia, 2012, ISBN: 078-958-762-051-1.).

Corrosion is a field of materials science that includes knowledge of chemistry and physics (physic-chemistry).

Corrosion is due to a massive electric flux generated by the chemical differences between implied elements. Corrosion is an electrochemical phenomenon that occurs when a flow of electrons is established due to a potential difference between one point and other. When from a chemical species electrons migrate to other species, the species that donates electrons is named anode (oxidation occur) and the chemical species that receives them is called cathode (occur reduction).

An electrochemical differential must exist as a condition for this reaction. If one parts is separated, it is called half-electrochemical part and if both half parts are unified, an electrochemical part is formed. Each half part is associated to a potential of reduction, which was known as oxidation potential long ago. The metal or chemical species that exhibits a more positive reduction potential will proceed as a reduction and, vice verse, the one that exhibits a more negative reduction potential will proceed as an oxidation (Callister, 2000CALLISTER, W.D.: Materials Science and Engineering, Ed. John Wiley and Son Inc., New York, USA, 2000, ISBN: 0-471-32013-7.; Callister & Rethwisch, 2018CALLISTER, W.D.; RETHWISCH, D.G.: Materials science and engineering: an introduction, Ed. John Wiley and Son Inc., vol. 9, New York, USA, 2018.; 2019CALLISTER, W.D.; RETHWISCH, D.G.: Ciencia e ingeniería de materiales, Ed. Reverté, 2019, ISBN: 84-291-9549-1.; Callister Jr & Rethwisch, 2020CALLISTER JR, W.D.; RETHWISCH, D.G.: Fundamentals of materials science and engineering: an integrated approach, Ed. John Wiley & Sons, 2020, ISBN: 1-119-72367-1.). In Figure 1, the reduction potential of different metals elements are shown.

FIGURE 1. Reduction potential of different metallic elements.

Iron and Iron Alloys

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Pure iron, with a low carbon content or low ally content has low resistance to oxidation and to corrosion and, in general, it requires the application of protective films or cathode protection to increase the resistance to corrosion even if the conditions are not severe. However, low-carbon steel is passive in the presence of alkaline solutions with high pH. Low-alloy steel corrodes on saline solutions with chloride content.

Alloy steels with Cr, formed the so called ferrite steels, as its structure is of ferrite; they are employed on petroleum and gas industries and some chemical industries. Austenitic steels, with Cr- Ni, of austenitic structure, depending on their composition, that has diverse forms, are employed on chemical and marine atmospheres, as well as on valves and pump shafts. Some of them are resistant in food and electrical industries, in heat interchange and turbines blades. (Martínez, 2009MARTÍNEZ, P.F.: Tribología Integral, Ed. Editorial Noriega, Dewey: 621.89 ed., México, 2009, ISBN: 978-607-05-0271-2.; 2016MARTÍNEZ, F.: Temas importantes en el Mantenimiento. Ingeniería de Superficies, Corrosión, Materiales de Construcción, Aceros inoxidables, Ed. Monografía: Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, vol. monografía, La Habana, Cuba, 2016, ISBN: 978-959-261-526-7.).

Cooper and Cooper Alloys

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Cooper alloys have low tendency to corrosion. Strong acids attack cooper alloys what could be reduced with additions of elements such as antimony. Commercial pure cooper (99%) has excellent anticorrosive conditions in soils. Brass, mixture of cooper and zinc, until 40% of zinc, suffers an important reduction compared to pure cooper. Bronzes, more resistant to corrosion, are cooper alloys with nickel content and the addition of other elements such as Si and Mn. They are employed on food and chemical industries, on marine conditions and kitchen elements (Askeland, 1998ASKELAND, D.R.: Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed. International Thomson Editores, vol. 3, México, D F, 1998, ISBN: 970-686-361-3.; Askeland et al., 2017ASKELAND, D.R.; FULAY, P.; WRIGHT, W.J.: Ciencia e ingeniería de materiales, Ed. CENGAGE learning, 2017, ISBN: 607-526-062-5.).

Aluminum and its Alloys

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Aluminum alloys owe their resistance to ambient attack to the rapid formation of an oxide film. They are very employed on houses (doors and windows), in kitchen and on chemical industry. Under neutral pH condition, aluminum alloys may suffer attack by the presence of chlorides or pure chloride. Some alloy elements added to aluminum alloys (Zn, Cu, Mg, Mn) affect in an important way the corrosion resistance of these alloys.

Ceramic Materials

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Ceramic materials have a wide and diverse application in the world. This is due to the wide form of structures and properties that are obtained from the different chemical compositions and obtaining processes. They have application in electric and electronic industries, in metallurgical processes, in chemical industry and in the processing of glasses. In general, they have great resistance to corrosion.

Corrosion of these materials occurred by a simple chemical dissolution and no by electrochemical process as in metals. Refractory materials must resist not only high temperatures but also scoria attack, smelted glasses and salts by long periods (Askeland, 1998ASKELAND, D.R.: Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed. International Thomson Editores, vol. 3, México, D F, 1998, ISBN: 970-686-361-3.; Askeland et al., 2017ASKELAND, D.R.; FULAY, P.; WRIGHT, W.J.: Ciencia e ingeniería de materiales, Ed. CENGAGE learning, 2017, ISBN: 607-526-062-5.).

Polymers

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Polymeric materials also suffer attack in contact with the environment. For this, degradation is the term used instead of corrosion, as the process is different. Polymeric degradation is a physical chemical process that has a great adverse course. They degrade by swelling and dissolution. The rupture of their covalent links occurs by the action of thermal energy, by chemical reaction and by radiation effect. Many polymers, by the presence of solutes as gasoline, absorb molecules of solute that are inserted in the polymer molecules, separating, dilating and swelling them. This process will be grater as the structure of the solute and the polymer are more similar. Temperature also influences on it. Polymers have more resistance to corrosion than metals in the presence of acids and basic solutions [5].

DEVELOPMENT

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Types of Corrosion. Prevention

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The conducting force of corrosion process, as in the majority of metallurgical processes, is the diminishing of the free energy of the system, to reach a more stable structure (Tomashov, 1965TOMASHOV, N.D.: Theory of corrosion and protection of metals, New York, USA, 672 p., The MacMillan Company, 60 fifth Avenue, New York, 10011, 1965.; 1971TOMASHOV, N.D.: Theory of corrosion and protection of metals, Ed. Edición Revolucionaria, Edición Revolucionaria ed., La Habana, Cuba, Publisher: Instituto del Libro, 1971.). There are different forms to classify the corrosion types. One of the most common forms is shown in Figure 2, (Jones, 1992JONES, D.: Principles and prevention of corrosion, Ed. Macmillan Publishing Company, USA, 568 p., 1992.; Ashby & Jones, 2011ASHBY, M.F.; JONES, D.R.H.: Engineering materials 1: an introduction to properties, applications and design, Ed. Elsevier, vol. 1, 2011, ISBN: 0-08-096665-9.; Jones & Ashby, 2012JONES, D.R.H.; ASHBY, M.F.R.: Engineering materials 2: an introduction to microstructures and processing, Ed. Butterworth-Heinemann, 2012, ISBN: 0-08-096669-1.)..

FIGURE 2. Form of classification of corrosion (uniform or localized).

Uniform attack on great areas of a metallic surface is the most common form of corrosion and it can be humid or dry, electrochemical or chemical; it will be necessary to select construction materials and a form of their protection to control it (like paints). Uniform corrosion is the easiest one to be measured and unexpected failures could be avoided by simple regular inspection.

Homogeneous corrosion occurs when the material wears in equal form, getting thinner progressively, like Zn in dilute sulfuric acid solution and Cu and its alloys in aqueous environment. It is very easy to prevent and to control it. It is a typical form of metals oxidation at high temperatures, requires of high activation energy and occurs in less magnitude at room temperature (Domínguez et al., 1987DOMÍNGUEZ, J.A.; CASTRO, D.M.; MATOS, R.; HING, R.: Introducción a la corrosión y protección de metales, Ediciones ENPES ed., La Habana, Cuba, 25-29 p., 1987.).

Heterogeneous corrosion is the widest spread, is very dangerous and difficult to control and is characterized by anode and cathode zones. It is more intense in some places (Domínguez et al., 1987DOMÍNGUEZ, J.A.; CASTRO, D.M.; MATOS, R.; HING, R.: Introducción a la corrosión y protección de metales, Ediciones ENPES ed., La Habana, Cuba, 25-29 p., 1987.).

Different factors contribute to corrosives processes. In Table 1, some of them are shown.

TABLE 1. Factors that contribute to corrosive processes

Factors that affect Corrosives Processes
1.	Stress concentration
2.	Rapid change in section
3.	Different materials union
4.	Different phases in the same material
5.	Bad surface quality
6.	Deposition places
7.	Not enough air in some places
8.	Unions with stress concentration
9.	Turbulence
10.	Environment
11.	Bad selection of materials
12.	Bad maintenance

Analyses of Different Types of Corrosion and Their Prevention

Galvanic Corrosion

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Galvanic corrosion takes place when two different metals in contact or connected by an electrical conductor are exposed to a conducting solution. In this case, there is a difference in the electrical potential between the two metals and it behaves like a directory force for the establishment of electrical flow throw the corrosive agent. In this case, the electrical flow corrodes one of the metals of the pair formed. This type of corrosion will occurred by concentration cells. It occurs due to difference of potential on structures, due to difference of concentration of metallic ions or because of the presence of an oxidizing media).

The greater the potential difference between metals, the greater the probability of galvanic corrosion. This type of corrosion only causes the degradation of one metal; the other one does not suffer damage. The corroded metal is named active metal; the other one is called noble metal.

Galvanic corrosion will be recognized by the increase of the attack on the metals junction. It will be controlled by the use of isolation or limiting the use of metal unions when a great potential difference appears on the medium where they work. Other preventive method is to avoid the formation of huge areas of active and noble metals. The most important method is not selecting different materials for the same equipment or if it were necessary, it would be advisable to select metals with close electrical potential, to interpolate isolating materials or cover the active metal to an optimum distance.

It is also recommended to avoid the presence of holes or slots, to avoid threats unions in different metals, to add substances that consume oxygen such as sodium hyposulphite or hydrazine and to employ paints in fluids to avoid death zones that are places that could form deposits of corrosion products. In Figure 3, galvanic corrosion is shown (Schweitzer, 2010SCHWEITZER, P.A.: Fundamentals of corrosion: mechanisms, causes, and preventative methods, Ed. Taylor and Francis Group, vol. Chapter 3, Forms of metallic corrosion, New York, USA, Ppublisher: CRC press, 2010.).

FIGURE 3. Galvanic corrosion.

Pitting Corrosion

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Pitting corrosion has a form of little holes on a surface that is almost not attacked and pitting may have different forms. The pitting form is responsible of its development, which means that a pitting may be consider as slot formed by itself. Holes, in general, are of little diameter and deep, that may be isolated or joint on rough surfaces on pipes or equipment. It is the most spread form of corrosion in the Caribbean countries.

Pitting corrosion is developed by the presence of aggressive anions or chloride ions. Aggression tends to vary logarithmically with chloride concentration. On this process, when perforation tends to develop, created conditions are so, that perforation tends to continue. The growing of the process also depends on metal composition. This process is more frequent on heat interchangers, pipes and on the bottom of tanks with remnants of cleansing products.

The causes of the appearance of this type of corrosion are the following according to Denny A. Jones, 1996DENNY A. JONES: Principles and Prevention of Corrosion, Ed. Prentice-Hall, Inc, Second Edition ed., USA, 1996, ISBN: 0-13-359993-0.):

Presence of metallic inclusions or different alloy phases with different electrical potential.
Corrosion deposition that difficult oxygen access, that provoke the apparition of concentration cells.
Rupture of passive places by the appearance of halogen anions Cl^-, Br^-, I^- and ClO^-, ClO4^- . Among them, Cl^- is the most dangerous. This type of corrosion is more common in passive metals (iron, low-alloy steels, alloy steels, Al and its alloys).

The measures for the prevention of this type of corrosion are:

Adequate selection for the metals to be used.
Not to employ passive metals in media with the presence of chloride ions, halogens or seawater.
Use Cu or cooper alloys such as Monel metal or Cu-Ni.

Pitting corrosion can be appreciated in Figure 4.

FIGURE 4. Pitting corrosion.

Intregranular or Intercrystalline Corrosion

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To understand this type of attack, it is necessary to consider that when a metal in foundry is put on a mold, its solidification begin with the formation of random nucleus. Each nucleon grows in an atomic random regular arrange to form what is so called grain or crystal. The atomic arrange and the space between the grains are the same in all crystals of a given metal; nevertheless, due to the random, the atomic plane of atoms close to the grains do not present good coherence and the space between them, with some disorder, is named “grain limit”.

Corrosion generally takes place because the corrosive agent attacks, with preference, the grain limits or a zone near them. These zones have lost a necessary element to poses an adequate corrosion resistance. This phenomena is sensitive to heat; that is why it is a byproduct of heat treatments such as welding or the stress relieving and it may be solved by other heat treatments or by the use of a modified alloy (Cary, 1988CARY, H.B.: Modern Welding Technology Second Edition, Ed. Prentice-Hall, Inc., 1988, ISBN: 0-13-599283-4.; 1989CARY, H.B.: Modern Welding Technology, Ed. Prentice-Hall, Inc, USA, 1989, ISBN: 0-13-241803-7.; 2004CARY, H.B.: “Modern Welding Technology 5/e”, Industrial Robot: An International Journal, 2004, ISSN: 0143-991X.; Cooke, 2003COOKE, F.L.: “Plant maintenance strategy: evidence from four British manufacturing firms”, Journal of Quality in Maintenance Engineering, 2003, ISSN: 1355-2511.; Palencia, 2011PALENCIA, G.O.: Gestión Moderna del Mantenimiento Industrial. Principios fundamentales, Ed. Ediciones de la U, 2011, ISBN: 958-762-316-9.). The most common case is the corrosion of alloy steels no stabilized.

The measures to prevent this type of corrosion is to establish the maximum homogeneity of the materials utilized. This could be obtained in alloy steels stabilized with Ti or Mo, treated at temperatures in the range of 950-1050⁰C, cooled in water; also using steels with low carbon content. An example of intergranular corrosion is shown in Figure 5.

FIGURE 5. Intergranular corrosion

Corrosion by Exfoliation or Selective Dissolution

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Corrosion by exfoliation is a subsurface corrosion that begins on a clean surface and spread under it and differs from pitting in this aspect: that is laminar. Complete layers of the material are corrode and the attack is known for the scaly formation.

At the end of the attack the appearance is like cards as if some of them in aluminum alloys had been extracted. This mechanism is well known in aluminum alloys and it is stopped by proper alloys and heat treatments.

Selective dissolution corrosion happens when one of the alloy elements is removed. The best-known example is the elimination of zinc on cooper-zinc alloys, what is known as dezinfication. This phenomenon produce a porous metal with very low mechanical properties and the prevention is done by producing alloys with no tendency to this process.

Exfoliation is only prevented by a correct selection of the alloy and its heat treatment. On dezinfication it is necessary to consider:

The environment aggression, the no presence of oxygen and the use of cathode protection.
The use of Cu-Zn alloys where zinc is 15-20 %.
The addition of low quantities of Sn, As, Sb and P.

In Figure 6, it is possible to appreciate an example of exfoliation.

FIGURE 6. Exfoliation corrosion in a water treatment plant.

Corrosion with the Influence of Mechanical Factors

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Corrosion due to Erosion

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This corrosion occurs when the movement of the corrosive environment over the metallic surface increases the attack velocity due to the mechanical wear. This type of corrosion is called corrosion by erosion.

The relative importance of mechanical wear and corrosion is sometimes difficult to be established and it varies greatly depending on the concrete situation. The erosion mechanism, in general, is attributed to the removal of surface protective layers, such as oxide layers form by air or products of corrosion. The occurrence of erosion corrosion generally has the appearance of pitting not so deep on a smooth surface; the attack may present a directional distribution due to the movement of aggressive agent over the metal surface. This type of corrosion can be observed in Figure 7.

FIGURE 7. Erosion corrosion.

Erosion corrosion develops in condition of high velocity, turbulence and shock. It is frequently observed on pumps, agitators and joints with direction change in pipelines. Liquids with hard solid particles in suspension may equally cause this damage.

Surface is characterized by directional slots. Fail time are very short and preference is present on soft metals like cooper. They are produced by hot gases with high velocity and hard particles in suspension and by organic systems in movement. This type of corrosion may be avoided by design changes or by more resistant materials.

Corrosion by Wear (Fretting Corrosion)

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Corrosion by wear (fretting corrosion) occurs when to metal pieces slid one over the other, causing mechanical wear to one or both pieces and the slid is the result of vibration. This type of corrosion may be attenuated using construction harder materials, by the use of lubrication or increasing vibration to a point that slid is impossible to happen.

Cavitation

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It is an especial form of erosion-corrosion. This type of corrosion occurs by the condensation of vapor bubbles on a liquid near to metal surface. It is typical in pipelines, impelling propels and other surfaces where turbulence regimes and high velocity zones are present with low pressure. For carbon steel it happens for velocities ≥ 4,5 m/s. Bubbles impact against surface and provoke noise and a hammering that destroy locally the surface.

Preventive methods to this type of corrosion are:

To employ resistant alloys from mechanical point of view with strong adherent protective layers like Cr-Ni steel alloys, aluminum bronzes and Monel metal.
Avoid the use of current foundry irons.
Operate rotors and impellent to the maximum possible pressure charge to avoid bubbles formation.
Avoid turbulence.
Eliminate suspension solids.
Employ passive substances such as chromates and dichromate and cathode protection.
Cover surfaces with rubber, porcelain or special resins.

In Figures 8 and 9, it is possible to observe the process development and its consequence.

FIGURE 8. Cavitation process.

FIGURE 9. Cavitation damage.

Under Tension Corrosion

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The joint action of a tension stress and a corrosive environment will result on fracture of metallic alloy. The majority of alloys are susceptible to this attack, but by fortune, the number of combination alloys-corrosive that cause this problem are relativity few. Nevertheless, this problem is one of the more serious metallurgical ones.

The efforts that cause fracture come from cold works, welding and heat treatment or others applied externally during the equipment work. Fracture may appear in intergranular or transgranular way that, in some cases, show ramification.

Some of the characteristics of under tension corrosion fracture are:

A stress tension is required.
Alloy’s metallurgical conditions have great influence.
Time of exposition is very important.

To avoid under stress corrosion it is necessary to resist the applied stress, relieve tensions by heat treatment or select a more resistant material.

In Figure 10, an example of under stress corrosion can be observed.

FIGURE 10. Under stress corrosion.

Fatigue Corrosion

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Corrosion by fatigue is a particular case of under stress corrosion fracture and it appears even with no corrosion environment, under the action of cyclic repetitive stresses. This type of failure is common on structures with continued vibration. It is increased, of course, in the presence of corrosive environments in such a way that the necessary stress to produce fatigue corrosion is reduced, in some cases, to the half of that necessary to produce the failure in dry air.

This corrosion takes place in metallic materials that support simultaneously the action of tension stresses in a specific corrosive environment. In this type of corrosion surfaces suffer less damage but in the interior of the material, scars in intergranular or transgranular form are formed. Its occurrence occurs when stresses are alternatives, and even if the applied stresses are less than the admissible ones. In this case, corrosion is intergranular with ramification. Its presence appears in carbon steels, on seawater and under the action of combustion products. It is also observed in propels, steam boilers, pistons and wires.

The most effective preventive method in this corrosion is the cathode protection. Preventing intergranular corrosion, heating treatment to eliminate intern stresses and using inhibitors like hydrazine, sodium sulfite and phosphate solutions are also possible protecting methods. Other effective methods are the following:

To diminish concentration of chloride ions.
To utilize inhibitors such as sodium dichromate.
To utilize cathode protection with zinc, cadmium or the use of protective layers.
To reduce vibration and cyclic stresses.
To generate compression stresses on surface by different methods.

In Figure 11, an example of fatigue corrosion is shown.

FIGURE 11. Fatigue corrosion.

Principles of Cathode Protection

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Considering the electrochemical series of metals, a metal will have anodic character in respect to other one, if the first is over the second in the electrochemical series. That is, for example, iron will be anodic in respect to cooper and cathode in respect to zinc. The anodic metal sacrifices in favor to cathode one; that is why this system is so called cathode protection by a sacrifice anode (Domínguez et al., 1987DOMÍNGUEZ, J.A.; CASTRO, D.M.; MATOS, R.; HING, R.: Introducción a la corrosión y protección de metales, Ediciones ENPES ed., La Habana, Cuba, 25-29 p., 1987.).

Nevertheless, majority of anodes are produced by foundry or gravitation, some of them are produced by continuous foundry or by extrusion. The foundry method produces the appearance and physical structure of anode and so does its commercialization and behavior. Form the point of view of behavior, anodes have to be produce by foundry so as metal solidify without segregations and it should never have strange matter inclusions, blowing nor suctions, because if its happens the anode tends to passive or to have physical disintegration. It should never develop passive substances or be obstructed with corrosion products or to obtain hydrogen over tension.

From the technical point of view, an anode should have a series of essential properties such as:

To have a dissolution potential enough negative to polarize the structure (in iron -0,8 volts).
To corrode uniformly.
To have a high electrical performance in A/h kg.
To be easily acquired and to have the possibility to be foundered on different forms and sizes.
To have a reasonable cost to obtain reasonable protection in amperes/year.

A.S.T.M. NORM B6-46 and USA specification Mil-A 18001 H defined anodes compositions for zinc, magnesium and aluminum alloys.

Social Economic Aspects of Corrosion

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First estimation of corrosion costs agrees that they are approximately of 4 % of a country PBI (Treseder, 1980TRESEDER, R.S.: NACE Corrosion Engineer’s Handbook, Ed. National Association of Corrosion Engineers, USA, iv+ 233, 19 x 12 cm, 1980.; 2002TRESEDER, R.S.: Nace Corrosion Engineer’s Handbook, Ed. Nace International, Third Edition ed., USA, 2002, ISBN: 1-57590-139-0.).

Corrosion is a phenomenon that can affect practically each material and when it is not controlled or prevented, it may reduce components, equipment and structure efficiency.

Economic losses of corrosion could be classified in direct or indirect ones. Direct losses are related with the necessary cost for structure, equipment, machinery or component repositions that will be unused by corrosion effects.

Losses due to interruptions, product contamination and losses due to performance, product and over dimensioning can be considered as indirect ones.

It is estimated that the relation between direct and indirect expenses is about 1/6 or1/10. Besides, it is estimated that 10 to 12% of steel world production is lost each year due to corrosion.

Social and Human Aspects

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On this aspects the following could be considered:

Security, so as violent failures may produce fires, explosions and liberation of toxic products and human life losses.
Unhealthy conditions such as contaminations by the equipment corrosion products or products of corrosion itself.
Exhaustion of natural resources such as metals and combustibles used in manufacture.
Appearance, as corrode materials are unpleasant to see.

CONCLUSIONS

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Corrosion is an electrochemical process that has as moving force, as in all metallurgical processes, to reach a diminishing of the free energy of the system.

All materials suffer corrosion process; only in polymers the process is named degradation as, in this case, it has a different occurrence mechanism.

There are diverse classification forms for corrosion, the most common describes uniform corrosion (homogenous) and localized corrosion (heterogeneous). In some cases of localized corrosion, mechanical factors influence. In all cases, prevention measures were presented in this revision.

Corrosion produces important social an economic consequences.

INTRODUCCIÓN

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La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos (Martínez, 2016MARTÍNEZ, F.: Temas importantes en el Mantenimiento. Ingeniería de Superficies, Corrosión, Materiales de Construcción, Aceros inoxidables, Ed. Monografía: Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, vol. monografía, La Habana, Cuba, 2016, ISBN: 978-959-261-526-7.).

La corrosión puede ser mediante una reacción química (oxirreducción) en la que intervienen tres factores:

La pieza manufacturada
El ambiente
El agua

O por medio de una reacción electroquímica.

Los factores 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 pátina 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, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).

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 disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante (García, 2011GARCÍA, P.O.: Gestión Moderna del Mantenimiento Industrial. Principios fundamentales, Ed. Ediciones de la U, 2011, ISBN: 958-762-316-9.; 2012GARCÍA, P.O.: Gestión moderna del mantenimiento industrial, Bogotá, Colombia, 2012, ISBN: 078-958-762-051-1.).

La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico-química).

Lo que provoca la corrosión es un flujo eléctrico masivo generado por las diferencias químicas entre las piezas implicadas. La corrosión es un fenómeno electroquímico. Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro. Cuando desde una especie química cede y migran electrones hacia otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo y se verifica la oxidación, y aquella que los recibe se comporta como un cátodo y en ella se verifica la reducción.

Para que esto ocurra entre las especies, debe existir un diferencial electroquímico. Si separamos una especie y su semi reacción, se le denominará semi par electroquímico; si juntamos ambos semi pares, se formará un par electroquímico. Cada semi par está asociado a un potencial de reducción (antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidación). Aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción y, viceversa, aquél que exhiba un potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación (Callister, 2000CALLISTER, W.D.: Materials Science and Engineering, Ed. John Wiley and Son Inc., New York, USA, 2000, ISBN: 0-471-32013-7.; Callister y Rethwisch, 2018CALLISTER, W.D.; RETHWISCH, D.G.: Materials science and engineering: an introduction, Ed. John Wiley and Son Inc., vol. 9, New York, USA, 2018.; 2019CALLISTER, W.D.; RETHWISCH, D.G.: Ciencia e ingeniería de materiales, Ed. Reverté, 2019, ISBN: 84-291-9549-1.; Callister Jr y Rethwisch, 2020CALLISTER JR, W.D.; RETHWISCH, D.G.: Fundamentals of materials science and engineering: an integrated approach, Ed. John Wiley & Sons, 2020, ISBN: 1-119-72367-1.). En la Figura 1 puede apreciarse los potenciales de reducción de diferentes elementos metálicos.

FIGURA 1. Potenciales de reducción de diferentes elementos metálicos.

El hierro y sus aleaciones

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El hierro puro, con bajo contenido de carbono o con baja aleación tiene baja resistencia a la oxidación y a la corrosión y, por lo general, requiere de la aplicación de capas protectoras o protección catódica para mejorar su resistencia aún en atmósferas de condiciones poco corrosivas. Sin embargo, el acero de bajo carbono es pasivo en la presencia de soluciones alcalinas con alto pH. El acero de baja aleación se corroe en soluciones salinas con contenido de cloro.

Los aceros al carbono aleados con Cr, forman los llamados aceros ferríticos, ya que su estructura es de ferrita, siendo empleados en el petróleo, en la industria del gas y en algunas condiciones de la industria química. Los aceros austeníticos, al Cr-Ni, de estructura austenítica. Dependiendo de su composición, que tiene diversas formas, son empleados en atmósferas industriales químicas y marinas, así como en válvulas y ejes de bombas. Algunos de estos aceros son resistentes al trabajo en la industria alimenticia y en la industria eléctrica en álabes de turbina e intercambiadores de calor (Martínez, 2009MARTÍNEZ, P.F.: Tribología Integral, Ed. Editorial Noriega, Dewey: 621.89 ed., México, 2009, ISBN: 978-607-05-0271-2.; 2016MARTÍNEZ, F.: Temas importantes en el Mantenimiento. Ingeniería de Superficies, Corrosión, Materiales de Construcción, Aceros inoxidables, Ed. Monografía: Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, vol. monografía, La Habana, Cuba, 2016, ISBN: 978-959-261-526-7.).

Cobre y sus aleaciones

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Las aleaciones de cobre tienen baja tendencia a la corrosión. Los ácidos fuertes atacan las aleaciones de cobre; lo cual puede mejorarse con adiciones de elementos de aleación como el amonio. El cobre comercialmente puro (99 %) tiene excelentes condiciones anticorrosivas en suelos. El latón, mezcla de Cu con hasta 40% de Zn, sufre de una reducción significativa de la resistencia inherente a la corrosión del cobre puro. Los bronces son aleaciones de cobre donde el principal elemento de aleación no es el Zn. Los bronces aleados con Al tienen una mayor resistencia a la corrosión que los latones, principalmente ante ácidos orgánicos. Los bronces más resistentes a la corrosión son las aleaciones de Cu con diferentes contenido de Ni y adiciones de otros elementos como el Si y el Mn, son empleados en la industria alimenticia y química, en condiciones marinas y en utensilios de cocina (Askeland, 1998ASKELAND, D.R.: Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed. International Thomson Editores, vol. 3, México, D F, 1998, ISBN: 970-686-361-3.; Askeland et al., 2017ASKELAND, D.R.; FULAY, P.; WRIGHT, W.J.: Ciencia e ingeniería de materiales, Ed. CENGAGE learning, 2017, ISBN: 607-526-062-5.).

Aluminio y sus aleaciones

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Las aleaciones de Al deben su resistencia al ataque del medio, debido a la rápida formación de una capa de óxido. Son muy empleadas en casas, en puertas y ventanas; también en cocina y en la industria química. En condiciones de pH neutro las aleaciones de Al pueden sufrir ataque ante la presencia de cloruros o el propio Cl. Algunos elementos de aleación adicionados a las aleaciones de Al (Zn, Mg, Mn Cu) afectan sensiblemente la resistencia a la corrosión de las aleaciones de Al.

Materiales cerámicos

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Los materiales cerámicos tienen una amplia y gran diversidad de aplicaciones en el mundo. Ello se debe a la variedad de estructuras y propiedades que se obtienen de sus diferentes composiciones químicas y procesos de obtención. Tienen aplicación en las industrias eléctrica y electrónica, en los procesos siderúrgicos, en la industria química, en la obtención de vidrios y materiales cerámicos, entre otras. Por lo general poseen resistencia a la corrosión.

Por lo general, la corrosión de estos materiales ocurre mediante una simple disolución química y no por procesos electroquímicos como en los metales. Los materiales refractarios deben resistir además de las altas temperaturas, el ataque de escorias, sales y vidrios fundidos, a veces durante largos periodos de tiempo (Askeland, 1998ASKELAND, D.R.: Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed. International Thomson Editores, vol. 3, México, D F, 1998, ISBN: 970-686-361-3.; Askeland et al., 2017ASKELAND, D.R.; FULAY, P.; WRIGHT, W.J.: Ciencia e ingeniería de materiales, Ed. CENGAGE learning, 2017, ISBN: 607-526-062-5.).

Polímeros

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Los materiales poliméricos también experimentan deterioro en el contacto con el medio ambiente. Para referirse a estas degradaciones se emplea el término degradación en vez de corrosión, ya que los procesos son distintos. La degradación polimérica es un proceso físico químico En esta degradación tienen lugar gran variedad de procesos adversos. Se deterioran por hinchamiento y disolución. Ocurren rupturas de sus enlaces covalentes por energía térmica, por reacciones químicas y por efecto de radiación. Muchos polímeros, en presencia de un soluto como la gasolina, absorben dentro de él moléculas del soluto que ocupan posiciones dentro de las moléculas del polímero, separándolas, dilatándolas e hinchándolas. Este proceso es tanto mayor cuanto más parecida es la estructura del soluto y el polímero. En ello también influye la temperatura. Los polímeros son más resistentes a la corrosión que los metales en presencia de soluciones ácidas y básicas (Ashby, 1999ASHBY, M.: Engineering Materials 2, Ed. Butterworth Heinemann, Oxford, 1999, ISBN: 0-7506-4019-7.; Ashby y Jones, 2011ASHBY, M.F.; JONES, D.R.H.: Engineering materials 1: an introduction to properties, applications and design, Ed. Elsevier, vol. 1, 2011, ISBN: 0-08-096665-9.).

DESARROLLO del TEMA

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Tipos de corrosión. Prevención

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La fuerza conductora de todo proceso de corrosión, como en la mayoría de los procesos metalúrgicos, es la disminución de la energía libre del sistema, el alcance de una estructura más estable (Tomashov, 1965TOMASHOV, N.D.: Theory of corrosion and protection of metals, New York, USA, 672 p., The MacMillan Company, 60 fifth Avenue, New York, 10011, 1965.; 1971TOMASHOV, N.D.: Theory of corrosion and protection of metals, Ed. Edición Revolucionaria, Edición Revolucionaria ed., La Habana, Cuba, Publisher: Instituto del Libro, 1971.). Existen diversas formas de clasificar los tipos de corrosión. En la Figura 2 pueden apreciarse una de las más comunes (Jones, 1992JONES, D.: Principles and prevention of corrosion, Ed. Macmillan Publishing Company, USA, 568 p., 1992.; Ashby y Jones, 2011ASHBY, M.F.; JONES, D.R.H.: Engineering materials 1: an introduction to properties, applications and design, Ed. Elsevier, vol. 1, 2011, ISBN: 0-08-096665-9.; Jones y Ashby, 2012JONES, D.R.H.; ASHBY, M.F.R.: Engineering materials 2: an introduction to microstructures and processing, Ed. Butterworth-Heinemann, 2012, ISBN: 0-08-096669-1.).

FIGURA 2. Clasificación de una forma de corrosión.

El ataque uniforme sobre grandes áreas de una superficie metálica es la forma más común de la corrosión y puede ser húmeda o seca, electroquímica o química, siendo necesario seleccionar los materiales de construcción y los métodos de protección como pintura, para controlarla. La corrosión uniforme es la forma más fácil de medir, por lo que las fallas inesperadas pueden ser evitadas simplemente por inspección regular..

Corrosión homogénea. El material se desgasta en forma pareja, adelgazando cada vez más (Zn en solución de ácido sulfúrico diluida, Cu y sus aleaciones en medios acuosos. Es fácil de prevenir y controlar. Es una oxidación típica de los metales a temperaturas elevadas. Requiere de alta energía de activación. Ocurre en menor magnitud a temperatura ambiente (Domínguez et al., 1987DOMÍNGUEZ, J.A.; CASTRO, D.M.; MATOS, R.; HING, R.: Introducción a la corrosión y protección de metales, Ediciones ENPES ed., La Habana, Cuba, 25-29 p., 1987.).

Corrosión heterogénea. Es la que más abunda. Es más dañina y difícil de controlar, se caracteriza por la presencia de zonas anódicas y catódicas. Se hace intensa en determinadas zonas (Domínguez et al., 1987DOMÍNGUEZ, J.A.; CASTRO, D.M.; MATOS, R.; HING, R.: Introducción a la corrosión y protección de metales, Ediciones ENPES ed., La Habana, Cuba, 25-29 p., 1987.),

Diversos factores contribuyen a los procesos corrosivos. En la Tabla 1 veamos varios de ellos.

TABLA 1. Factores que facilitan los procesos corrosivos

Factores que facilitan los corrosivos
1.	Concentradores de esfuerzos
2.	Cambios bruscos de sección
3.	Unión de materiales diferentes
4.	Fases diferentes en un mismo material
5.	Mala calidad superficial
6.	Lugares de deposición
7.	Carencia de aeración en determinados lugares
8.	Uniones con concentradores de esfuerzos
9.	Regímenes de turbulencia
10.	Medio ambiente
11.	No correcta selección de materiales
12.	Falta de mantenimiento en tiempo y forma

Analicemos los diferentes tipos de corrosión, así como la prevención de los mismos.

Corrosión galvánica

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La corrosión galvánica se presenta, cuando dos metales diferentes en contacto o conectados por medio de un conductor eléctrico, son expuestos a una solución conductora. En este caso, existe una diferencia en potencial eléctrico entre los metales diferentes y sirve como fuerza directriz para el paso de la corriente eléctrica a través del agente corrosivo, de tal forma que el flujo de corriente corroe uno de los metales del par formado. También puede ser por corrosión por celdas de concentración (ocurre por diferencia de potencial en estructuras o por diferencia de concentración de iones metálicos o por la presencia de un medio oxidante).

Mientras más grande es la diferencia de potencial entre los metales, mayor es la probabilidad de que se presente la corrosión galvánica debiéndose notar que este tipo de corrosión sólo causa deterioro en uno de los metales, mientras que el otro metal del par casi no sufre daño. El metal que se corroe recibe el nombre de metal activo, mientras que el que no sufre daño se le denomina metal más noble.

La corrosión galvánica a menudo puede ser reconocida por el incremento del ataque junto a la unión de los metales. Este tipo puede ser controlado por el uso de aislamientos o restringiendo el uso de uniones de metales cuando ellos forman diferencias de potencial muy grande en el medio ambiente en el que se encuentran. Otro método para reducir la corrosión galvánica, es evitar la presencia de grandes áreas de metal noble con respecto a las de metal activo. La protección contra la corrosión galvánica por contacto es no escoger materiales metálicos diferentes para un mismo equipo. Si lo anterior fuese necesario, escoger materiales con potencial cercano. Intercalar juntas aislantes. Recubrir el metal más activo hasta una distancia óptima.

También son medidas adecuadas el evitar la presencia de ranuras o huecos. Evitar uniones roscadas en materiales diferentes. Añadir al medio ambiente sustancias consumidoras de oxígeno como el sulfito sódico o la hidracina (Schweitzer, 2010SCHWEITZER, P.A.: Fundamentals of corrosion: mechanisms, causes, and preventative methods, Ed. Taylor and Francis Group, vol. Chapter 3, Forms of metallic corrosion, New York, USA, Ppublisher: CRC press, 2010.). Emplear recubrimientos. En los fluidos, evitar las zonas muertas o sea el estancamiento de fluido donde se puedan almacenar productos de corrosión. En la Figura 3 se muestra una imagen de corrosión galvánica.

FIGURA 3. Corrosión galvánica.

Corrosión por picadura (pitting)

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La corrosión por picadura se presenta por la formación de orificios en una superficie relativamente no atacada y las picaduras pueden tener varias formas. La forma de una picadura es a menudo responsable de su propio avance, es decir, una picadura puede ser considerada como una grieta o hendidura formada por sí misma. Los agujeros son, por lo general, de pequeño diámetro y profundos aislados o unidos en superficies rugosas y preferentemente en tuberías o equipos. Es de las formas de corrosión más difundidas en El Caribe.

La corrosión por picadura se desarrolla solo en presencia de aniones agresivos e iones cloro. La agresión tiende a variar logarítmicamente con la concentración del cloro. En este proceso, una vez que la perforación comienza a crecer, las condiciones creadas son tales que continúa el crecimiento de la perforación. El crecimiento también depende de la composición del material. Se encuentra más frecuentemente en intercambiadores de calor, tuberías y fondos de tanques donde hayas remanentes de productos de limpieza.

Las causas de la aparición de este tipo de corrosión son (Denny A. Jones, 1996DENNY A. JONES: Principles and Prevention of Corrosion, Ed. Prentice-Hall, Inc, Second Edition ed., USA, 1996, ISBN: 0-13-359993-0.).

La presencia de inclusiones metálicas o de aleaciones de varias fases donde una es de potencial muy diferente a las otras.
Depósitos de corrosión que dificultan el acceso de oxígeno a esas zonas, lo que provoca la aparición de celdas de concentración.
Ruptura de capas pasivas por presencia de aniones halógenos Cl-, Br-, I-, y otros como ClO-, ClO4-; siendo el más peligroso el Cl-. Este tipo de corrosión es más común en materiales pasivos (Fe, aceros de baja aleación, aceros inoxidables, Al y sus aleaciones).

Las medidas para prevenir este tipo de corrosión son:

Realizar una correcta selección del material a emplear.

No emplear metales pasivos en medios con iones Cl-, ni halógenos, ni en agua de mar.

Emplear Cu o aleaciones tales como el cuproníquel o metal monel.

En la Figura 4 puede apreciarse este tipo de corrosión.

FIGURA 4. Corrosión por picadura.

Corrosión intergranular o intercristalina

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Para entender este tipo de ataque es necesario considerar que cuando un metal fundido se cuela en un molde, su solidificación comenzó con la formación de núcleos al azar, cada uno de los cuales crece en un arreglo atómico regular para formar lo que se conoce con el nombre de granos o cristales. El arreglo atómico y los espaciamientos entre las capas de los granos, son los mismos en todos los cristales de un metal dado; sin embargo, debido a la nucleación al azar, los planos de los átomos en las cercanías de los granos no presentan buena coherencia y el espacio entre ellos, con elevado desorden, recibe el nombre de límite de grano.

La corrosión generalmente ocurre, porque el agente corrosivo ataca preferencialmente el límite de grano o una zona adyacente a él, que ha perdido un elemento necesario para tener una resistencia a la corrosión adecuada. El fenómeno de límite de grano que causa la corrosión Inter cristalina, es sensible al calor por lo que la corrosión de este tipo, es un subproducto de un tratamiento térmico como la soldadura o el relevado de esfuerzos y puede ser corregido por otro tipo de tratamiento térmico o por el uso de una aleación modificada (Cary, 1988CARY, H.B.: Modern Welding Technology Second Edition, Ed. Prentice-Hall, Inc., 1988, ISBN: 0-13-599283-4.; 1989CARY, H.B.: Modern Welding Technology, Ed. Prentice-Hall, Inc, USA, 1989, ISBN: 0-13-241803-7.; 2004CARY, H.B.: “Modern Welding Technology 5/e”, Industrial Robot: An International Journal, 2004, ISSN: 0143-991X.; Cooke, 2003COOKE, F.L.: “Plant maintenance strategy: evidence from four British manufacturing firms”, Journal of Quality in Maintenance Engineering, 2003, ISSN: 1355-2511.; Palencia, 2011PALENCIA, G.O.: Gestión Moderna del Mantenimiento Industrial. Principios fundamentales, Ed. Ediciones de la U, 2011, ISBN: 958-762-316-9.). El caso más común es la corrosión en aceros inoxidables no estabilizados.

Las medidas para prevenir este tipo de corrosión son el homogenizar al máximo los materiales empleados. Esto se logra usando aceros inoxidables austeníticos estabilizados con Ti o Mo y tratados térmicamente mediante calentamientos a 950-1050⁰ C y enfriamiento en agua. Usar aceros con muy bajo contenido de carbono.

En la Figura 5 puede apreciarse la corrosión intergranular.

FIGURA 5. Corrosión intergranular.

Corrosión por exfoliación y disolución selectiva

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La corrosión por exfoliación es una corrosión subsuperficial que comienza sobre una superficie limpia, pero se esparce debajo de ella y difiere de la corrosión por picadura en que el ataque tiene una apariencia laminar. Capas completas de material son corroídas y el ataque es generalmente reconocido por el aspecto escamoso y en ocasiones ampollado de la superficie.

Al final del ataque, una muestra tiene la apariencia de un mazo de barajas en el cual algunas de las cartas han sido extraídas. Este mecanismo es bien conocido en las aleaciones de aluminio y se combate utilizando aleaciones y tratamientos térmicos.

La corrosión por disolución selectiva se produce al efectuarse la remoción de uno de los elementos de una aleación siendo el ejemplo más común la eliminación del zinc en aleaciones de cobre-zinc, conocido con el nombre de dezincificación. Este fenómeno corrosivo produce un metal poroso que tiene propiedades mecánicas muy pobres y obviamente el remedio a este caso es el empleo de aleaciones que no sean susceptibles a este proceso.

El caso de la exfoliación se previene solo mediante la selección adecuada de la aleación y el tratamiento térmico conveniente. En el caso del dezincificación hay que tener en cuenta:

La agresividad del ambiente, eliminando al máximo la presencia de oxígeno, estableciendo una protección catódica.
Usar aleaciones donde el cinc aparezca como elemento de aleación en un 15-20%.
Añadir pequeñas cantidades de Sn, As, Sb y P.

En la Figura 6 puede observarse un ejemplo de exfoliación.

FIGURA 6. Exfoliación en planta de tratamiento de aguas.

Corrosión con influencia de factores mecánicos

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Corrosión por erosión

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Cuando el movimiento del medio corrosivo sobre la superficie metálica incrementa la velocidad de ataque debido a desgaste mecánico, este recibe el nombre de corrosión por erosión.

La importancia relativa del desgaste mecánico y la corrosión, es a menudo difícil de establecer y varia grandemente de una situación a otra, y el mecanismo de la erosión generalmente se atribuye a la remoción de películas superficiales protectoras, como por ejemplo, películas de óxido formadas por el aire, o bien, productos adherentes de la corrosión.

La corrosión por erosión, generalmente tiene la apariencia de picaduras poco profundas de fondo terso, y el ataque puede presentar también una distribución direccional debido al camino seguido por el agente agresivo cuando se mueve sobre la superficie del metal, tal y como se muestra en la Figura 7.

FIGURA 7. Corrosión por erosión.

La corrosión por erosión prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia, choque, etc., y frecuentemente se observa en impulsores de bombas, agitadores y en codos y cambios de dirección de tuberías. Los líquidos con suspensión conteniendo partículas sólidas duras pueden igualmente causar este tipo de problema.

La superficie se caracteriza por muescas o estrías y en forma, generalmente, direccionales. Los tiempos de fallo son relativamente cortos y son susceptibles en metales blandos como el cobre. Son producidos por gases calientes con alta velocidad y por sólidos en suspensión en corrientes de líquido así como por sistemas orgánicos en movimiento. La corrosión por erosión puede ser evitada por cambios de diseño o por selección de materiales más resistentes.

La corrosión por desgaste (fretting) ocurre cuando las piezas de metal se deslizan una sobre la otra, causando daño mecánico a una o ambas piezas y el deslizamiento es generalmente un resultado de la vibración. La corrosión por deslizamiento se atenúa utilizando materiales de construcción más duros, empleando lubricación o bien incrementando la fricción hasta un punto tal en que el deslizamiento es imposible.

Cavitación

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Es una forma especial de la corrosión-erosión, que tiene lugar por la formación por condensación de burbujas de vapor en un líquido cerca de la superficie metálica. Se presenta en tuberías, propelas, impelentes y otras superficies donde los regímenes turbulentos con zonas de altas velocidades y bajas presiones dan lugar a este fenómeno. Para elementos de acero al C tiene lugar para velocidades ≥ 4,5 m/s.

Las burbujas chocan contra la superficie y provocan ruido y martilleo que destruye la superficie localmente. Se forman picaduras en forma de panal de abejas. Si la superficie es rugosa el fenómeno se favorece.

Las medidas preventivas contra este tipo de corrosión son:

Emplear aleaciones resistentes desde el punto de vista mecánico y aleaciones con capas protectoras fuertes y adherentes como aceros al Cr-Ni, bronces al Al y metal monel.
Evitar el empleo de hierros fundidos corrientes
Operar los rotores e impelentes a máxima carga de presión posible para evitar la formación de burbujas
Evitar la turbulencia
Tratar de eliminar los sólidos en suspensión
Emplear pasivadores (cromatos y dicromatos) y la protección catódica.
Recubrir las superficies con gomas porcelanas y resinas especiales.

En las Figuras 8 y 9 pueden observarse el desarrollo del proceso y un daño provocado.

FIGURA 8. Proceso de cavitación.

FIGURA 9. Daño por cavitación.

Corrosión bajo tensión

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La acción conjunta de un esfuerzo de tensión y un medio ambiente corrosivo, dará como resultado en algunos casos, la fractura de una aleación metálica. La mayoría de las aleaciones son susceptibles a este ataque, pero afortunadamente el número de combinaciones aleación - corrosivo que causan este problema, son relativamente pocas. Sin embargo, hasta la fecha, este es uno de los problemas metalúrgicos más serios.

Los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en frío, soldadura, tratamiento térmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la operación del equipo. Las fracturas pueden seguir caminos Ínter cristalinos o transcristalina que a menudo presentan una tendencia a la ramificación.

Algunas de las características de la corrosión de fractura por tensión, son las siguientes:

Se requiere de un esfuerzo por tensión.
Influyen las condiciones metalúrgicas de la aleación.
Dependen del medio ambiente.
Influye el periodo de tiempo de exposición.

Para combatir la corrosión de fracturas por tensión, es necesario garantizar la resistencia al esfuerzo aplicado, aliviar las tensiones mediante tratamiento térmico o seleccionar un material más resistente.

En la Figura 10 puede apreciarse un ejemplo de corrosión bajo tensión.

FIGURA 10. Corrosión bajo tensión.

Corrosión bajo fatiga

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La corrosión por fatiga, es una forma especial del tipo de corrosión de fractura por tensión y se presenta en ausencia de medios corrosivos, debido a esfuerzos cíclicos repetidos. Estas fallas son muy comunes en estructuras sometidas a vibración continua. Se incrementa naturalmente con la presencia de un medio agresivo, de tal forma que el esfuerzo necesario para producir la corrosión por fatiga, se reduce en algunas ocasiones hasta la mitad del necesario, para producir la falla en aire seco.

Esta corrosión tiene lugar en materiales metálicos sometidos en forma simultánea a la acción de esfuerzos de tracción en un medio corrosivo específico. Se incluyen en este comportamiento los fallos de fragilidad por hidrógeno. En este tipo de corrosión, la superficie sufre poco y el daño (grietas) es interior y puede originarse tanta en forma ínter granular como transgranular.

En el caso de la corrosión por fatiga, como caso particular ocurre cuando los esfuerzos actuante son alternativos, lo que puede ocasionar el fallo del material, aun cuando el esfuerzo actuante sea mucho menor que el admisible. En este caso la corrosión es ínter cristalina y con ramificaciones. Se presenta en aceros al carbono, en agua de mar, vapor de agua y en presencia de productos de combustión. Se observa en propelas, tubos de calderas, tuberías de vapor, pistones y cables.

En este tipo de corrosión el método más efectivo de protección es la catódica. Son también válidos los métodos de protección de la corrosión ínter cristalina y el eliminar mediante tratamiento térmico las tensiones internas del material; así como usar inhibidores como el extracto de quebracho, la hidracina, el sulfito de sodio y las soluciones de fosfato. Son también métodos efectivos.

Disminuir la concentración de iones Cl-
Emplear inhibidores como el dicromato de sodio
Emplear la protección catódica como con Zn, Cd o recubrimientos
Reducir las vibraciones y los esfuerzos cíclicos
Generar en la superficie esfuerzos de compresión por métodos diferentes.

En la Figura 11 puede apreciarse un ejemplo de corrosión por fatiga.

FIGURA 11. Corrosión por fatiga.

Principios de la protección catódica

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Teniendo en cuenta la serie electroquímica de los metales, un metal tendrá carácter anódico con relación a otro, si se encuentra por encima de él en esta serie. Así, por ejemplo, el hierro será anódico respecto al cobre y catódico respecto al zinc. El metal que actúa como ánodo se sacrifica a favor del que actúa de cátodo, por eso a este sistema se le conoce como protección catódica por ánodo de sacrificio (Domínguez et al., 1987DOMÍNGUEZ, J.A.; CASTRO, D.M.; MATOS, R.; HING, R.: Introducción a la corrosión y protección de metales, Ediciones ENPES ed., La Habana, Cuba, 25-29 p., 1987.).

Aunque la mayoría de los ánodos se fabrican por colada o por gravedad, algunos ánodos se fabrican por colada continua o extrusión. El método de colada produce la apariencia y estructura física del ánodo y, por tanto, su comercialización y desempeño. Desde el punto de vista del desempeño, el ánodo debe ser colado para que el metal solidifique sin segregaciones de constituyentes de aleación. Tampoco debe tener inclusiones de materia extraña, sopladuras ni rechupes. Si esto último ocurre, entonces aumentará el riesgo de que el ánodo tienda a pasivarse o desintegrarse físicamente. Debe presentar una tendencia pequeña a la polarización, es decir, no debe desarrollar películas pasivantes u obstructoras con los productos de corrosión y tener una fuerte sobretensión de hidrógeno.

Desde el punto de vista técnico y económico, un ánodo tiene que reunir una serie de propiedades esenciales como las siguientes:

Tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo para polarizar la estructura (en el caso del acero a -0,8 V).
El ánodo deberá corroerse uniformemente.
El material debe tener un elevado rendimiento eléctrico en A/h kg.
El metal será de fácil adquisición y deberá poder fundirse en diferentes formas y tamaños.
El metal deberá tener un costo razonable, de modo que unido con otras características electroquímicas se pueda conseguir la protección a un costo razonable por amperio/año.

La norma A.S.T.M.- B6-46 y la especificación norteamericana U.S. Mil-A 18001 H definen la composición para ánodos de aleación de zinc, magnesio y aluminio.

Aspectos socio económicos de la corrosión

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Las primeras estimaciones de los costos de la corrosión, así como las más recientes, coinciden en señalar que éstos corresponden a aproximadamente el 4% del PBI de un país (Treseder, 1980TRESEDER, R.S.: NACE Corrosion Engineer’s Handbook, Ed. National Association of Corrosion Engineers, USA, iv+ 233, 19 x 12 cm, 1980.; 2002TRESEDER, R.S.: Nace Corrosion Engineer’s Handbook, Ed. Nace International, Third Edition ed., USA, 2002, ISBN: 1-57590-139-0.).

La corrosión es un fenómeno que puede afectar prácticamente a cualquier material y cuando ésta no es prevenida o controlada puede reducir significativamente la vida útil o la eficiencia de componentes, equipos, estructuras e instalaciones.

Las pérdidas económicas derivados de la corrosión pueden clasificarse en directas e indirectas. Las pérdidas directas se relacionan con los costos necesarios para la reposición de estructuras, equipos, maquinaria o componentes que pueden quedar inservibles por efecto de la corrosión.

Respecto a pérdidas indirectas, se pueden nombrar las siguientes: pérdidas por interrupciones, pérdidas de productos, pérdidas por contaminación de productos, pérdidas de rendimiento, pérdidas por sobredimensionamiento, pérdidas por accidentes.

Se estima que la relación entre los gastos directos e indirectos se sitúa entre 1/6 y 1/10. Además se estima que entre el 10 y el 12% de la producción mundial de acero se pierde completamente cada año a causa de la corrosión.

Aspectos humanos y sociales

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Dentro de estos aspectos pueden mencionarse:

La seguridad, ya que fallas violentas pueden producir incendios, explosiones y liberación de productos tóxicos, así como pérdidas de vidas humanas.
Condiciones insalubres por ejemplo, contaminaciones debido a productos del equipo corroído o bien un producto de la corrosión misma.
Agotamiento de los recursos naturales, tanto en metales como en combustibles usados para su manufactura.
Apariencia, ya que los materiales corroídos generalmente son desagradables a la vista.

CONCLUSIONES

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La corrosión es un proceso electroquímico que tiene como fuerza motriz, como en todo proceso metalúrgico, la búsqueda de la disminución de la energía libre del sistema.

Todos los materiales sufren de procesos de corrosión; solo en los polímeros el proceso recibe el nombre de degradación ya que se lleva a cabo por mecanismos diferentes.

Existen diversos procesos de corrosión, clasificados en uniformes (homogénea) y localizados (heterogénea), en esta última se pueden presentar casos en que influyen factores mecánicos. En todos los casos se brindaron medidas para su prevención.

La corrosión ocasiona importantes consecuencias económicas y sociales.