Cursos Esenciales de Corrosin (ICP-PUCP) Fundamentos de Corrosin

Fenomenologa y caracterizacin de la corrosin de materiales

Gua de ensayos de laboratorio

Tema general: Corrosin electroqumica

Junio 2008

TEMAS ESPECFICOS Corrosin en resquicios: pilas de aireacin

diferencial (heterogeneidades en el medio) Corrosin metlica en medio cido Corrosin galvnica (bimetlica) en medio

cido Efecto Seebeck (heterogeneidades en las

condiciones fsicas) Efecto de tensiones internas (heterogeneidades

en el metal)

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1. CORROSIN EN RESQUICIOS

(HETEROGENEIDADES EN EL MEDIO)

Gota de Evans - Pila de aireacin diferencial Evans demostr que en el caso de una gota de agua salada, las diferencias en la cantidad de oxgeno disuelto en el lquido en contacto con la superficie metlica, lo que se conoce como aireacin diferencial, crean pilas de corrosin en las que el ataque del metal ocurre en las reas menos oxigenadas, provocando una corrosin rpida e intensa. Si se deposita una gota de agua salada (agua y cloruro de sodio) sobre la superficie horizontal de una lmina de acero perfectamente limpia y desengrasada se puede observar, por ejemplo despus de unos 30 minutos, un precipitado en el medio de la gota.

La zona perifrica de la gota, ms aireada (con ms fcil acceso para el oxgeno) que el centro, juega el papel de ctodo, con relacin al centro, que a su vez se convierte en nodo.

Fig. 1.- Ensayo de la gota salina de Evans.

MATERIALES Y REACTIVOS Para este ensayo se emplea lo siguiente:

Solucin de cloruro de sodio (NaCl) al 3%, solucin alcohlica de fenolftalena al 1%, solucin de hexacianoferrato (III) de potasio [K3Fe(CN)6] 1N, acetona, algodn, 01 (una) placa de hierro (o acero al carbono), 03 (tres) goteros, y papel de lija al agua.

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PROCEDIMIENTO

Lijar bien la placa de hierro. Desengrasar dicha superficie con acetona. Colocar una gota de NaCl al 3% sobre la placa metlica y sobre esta misma gota,

una de K3Fe(CN)6 1N y una de fenolftalena al 1%.

Observar.

EXPLICACIN El complejo hexacianoferrato (III) en presencia de Fe2+ forma otro complejo coloreado llamado Azul de Prusia. La coloracin caracterstica de dicho complejo se observa en el centro de la gota, lo que indica que se trata de la zona andica del sistema (fuente de iones ferrosos).

+ + eFeFenodoelEn 2: 2 (1)

El indicador fenolftalena1 en presencia de iones OH- toma el color rojo grosella que puede ser observado en la periferia de la gota, lo cual indica que stas son las zonas catdicas del sistema (formacin de iones hidroxilos).

++ OHeOHOctodoelEn 442: 22 (2)

1 El indicador cido-base fenolfatlena es incoloro por debajo de pH 8,3 y grosella o fucsia por encima de pH 10. En el rango de viraje de color (pH 8,3-10) el color cambia de ligeramente rosado a fucsia.

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2. CORROSIN EN MEDIO CIDO: METAL SIMPLE Y PAR GALVNICO

La corrosin galvnica se produce cuando dos metales de distinta actividad estn en contacto, o existen zonas adyacentes del mismo material con distinta actividad, y comparten el mismo medio lquido.

MATERIALES Y REACTIVOS Para este ensayo se emplea lo siguiente:

Solucin de cido sulfrico (H2SO4) 3N, acetona, algodn, 01 (una) placa de zinc, 01 (una) placa de cobre, 01 (una) placa Petri, 01 (un) alambre para establecer contacto elctrico, papel de lija al agua.

PROCEDIMIENTO

Lijar bien las placas de zinc y de cobre y desengrasarlas con acetona. Doblar las placas de modo tal que sea posible establecer contacto elctrico entre

ellas mediante un cable.

Colocar ambas placas en la placa Petri y aadir la solucin de H2SO4. Observar. Establecer el contacto elctrico entre las placas y asegurar que dicho contacto no se

encuentre sumergido en la solucin.

Observar. EXPLICACIN El zinc es un metal activo que al estar expuesto a un medio cido rpidamente se oxida segn (3) presentndose la reduccin del hidrgeno como reaccin catdica (4).

Zn Zn2+ + 2e- (3) 2H++ 2e- 2H2 (g) (4)

El burbujeo observado es el desprendimiento de hidrgeno gaseoso. Al estar ambas placas en contacto el sistema formado adquiere la diferencia de potencial del par bimetlico.

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3. EFECTO SEEBECK (HETEROGENEIDADES EN LAS CONDICIONES FSICAS)

Thomas J. Seebeck descubri que en un circuito formado por dos metales distintos homogneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, T y T+T, aparece una corriente elctrica J, o bien, si se abre el circuito, una fuerza termoelectromotriz (f.t.e.m.) E AB que depende de los metales utilizados en la unin y de la diferencia de temperatura entre las dos uniones.

El efecto Seebeck se puede formular como sigue:

U=ABT, donde AB = Coeficiente de Seebeck (5)

La relacin entre la f.t.e.m., E AB, y la diferencia de temperaturas entre las uniones, T, define el coeficiente Seebeck, AB :

(6)

A(T) y B(T) son respectivamente las potencias termoelctricas absolutas de A y B y son caractersticas de cada metal. En general, AB no es constante, sino que depende de la temperatura T.

EQUIPO, MATERIALES Y REACTIVOS Para este ensayo se emplea lo siguiente:

Alambre de cobre macizo, 01 (un) voltmetro, 01 (un) mechero, y 01 (un) vaso con hielo.

PROCEDIMIENTO

Comprobar mediante un voltmetro que entre los extremos de un conductor metlico no existe una diferencia de potencial.

Colocar un extremo del alambre de cobre en un vaso con hielo y enfriar hasta alcanzar los 0C.

Calentar mediante un mechero el segundo extremo hasta llegar a unos 400C. Medir simultneamente la aparicin de una diferencia de potencial entre los

extremos del alambre (efecto Seebeck).

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EXPLICACIN La zona caliente de un conductor emite electrones, razn por la cual se carga positivamente.

Se establece una diferencia de potencial, la cual puede ser origen de una pila de corrosin si se dan las circunstancias adecuadas.

Siempre que un metal presente zonas que estn a dos temperaturas diferentes y acte un medio agresivo comn a estas dos zonas, necesariamente aparece el fenmeno de corrosin. Este tipo de corrosin se observa en calentadores de la industria qumica o en reactores qumicos que son calentados a diferentes temperaturas.

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4. EFECTO DE TENSIONES INTERNAS (HETEROGENEIDADES EN EL METAL)

El agrietamiento por corrosin bajo tensin es la fractura que se produce en un material como producto de la accin conjunta de un medio corrosivo y esfuerzo mecnico. La tensin puede ser debida a la accin de una carga externa o a la existencia de tensiones residuales no eliminadas durante el proceso de fabricacin. El resultado es que el metal se fractura repentinamente sin deformacin despus de un cierto tiempo de servicio. Existen diferentes combinaciones metal/medio que favorecen la aparicin del fenmeno de corrosin bajo tensin:

Aleaciones de aluminio en: NaCl, vapor de agua, H2O2, aire. Aceros al carbono en: NaOH, nitratos, H2SO4, HNO3. Aleaciones de cobre en: amoniaco, aminas, vapor de agua. Aceros inoxidables en: NaCl, H2S, NaOH.

MATERIALES Y REACTIVOS Para este ensayo se emplea lo siguiente:

01 (un) clavo de acero, 01 (un) clavo de acero doblado, 01 (un) casquillo (latn) de bala, 01 (una) placa Petri, 01 (un) vaso de precipitados, 03 (tres) goteros, solucin de cloruro de sodio (NaCl) al 3%, solucin alcohlica de fenolftalena al 1%, y solucin de hexacianoferrato (III) de potasio [K3Fe(CN)6] 1N. PROCEDIMIENTO

Colocar los clavos en la placa Petri y el casquillo de bala en el vaso de precipitados. Aadir la solucin de NaCl hasta cubrir la superficie de las muestras. Aadir unas gotas de K3Fe(CN)6 1N sobre la superficie de las muestras. Similarmente aadir unas gotas de la solucin de fenolftalena al 1%. Observar.

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EXPLICACIN Se presenta el fenmeno corrosivo en la superficie de los clavos y del casquillo de bala. Ocurren las semireacciones descritas en (1) y (2). Las zonas andicas son aquellas en las que el material ha sufrido deformacin en fro, razn por la cual dichas zonas poseen mayor energa local que a su vez resulta en un potencial local ms activo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS L.L. Shreir; Corrosion, Metal/Enviroment/Reactions; Butterworth-Heinemann, Third

Edition, Vol. 1 y 2; 1998, Great Britain.

Gsta Wrangln; An Introduction to Corrosion and Protection of Metals; Chapman and Hall; 1985, Great Britain.

Gonzlez Fernndez J. A.; Teora y Prctica de la Lucha Contra la Corrosin; C.S.I.C.; 1984, Espaa.

Evert D.D. During; Corrosion Atlas, A Collection of Ilustrated Case Histories; Elsevier; Second, Expanded and Revised Edition, Vol. 1 y 2; 1991, The Netherlands.

HG/ID-VA