Oxidación y Corrosión en Materiales Metálicos

18.1. Introducción

La corrosión de un material metálico se define como una reacción química o electroquímica entre un metal y su ambiente, que produce un deterioro del mismo y de sus propiedades.

El metal pierde su estado elemental y pasa a un estado combinado, más estable desde el punto de vista termodinámico. Los materiales metálicos pueden clasificarse como:

• Metales nobles: Son estables en su forma elemental (Ag, Pt, Au…).
• Metales activos: Son estables en forma combinada (Al, Ti, Fe…).

Los fenómenos de corrosión son muy variados y pueden ser clasificados dependiendo de diversos criterios:

• En función del medio corrosivo.
• Del tipo de ataque.
• De las acciones físicas involucradas.
• En función de los mecanismos de reacción: Puede ser oxidación directa o corrosión electroquímica.

18.2. Oxidación Directa

Es la reacción química directa entre dicho metal y el ambiente agresivo. Este mecanismo no requiere la presencia de un electrolito y la reacción se produce generalmente con un gas, habitualmente el oxígeno de la atmósfera.

La oxidación se define como una pérdida o cesión de electrones, lo que implica que existe otra sustancia que los recibe, mediante su reducción.

Esta reacción se produce en la superficie en contacto con el medio, donde se van a generar los productos de la reacción. Dichos productos de reacción tienen que permitir la difusión para que prosigan las reacciones químicas. La oxidación directa se favorece al aumentar la temperatura.

Las capas de óxido que alcanzan un espesor estable y frenan el proceso de degradación del resto del metal, se denominan capas protectoras.

18.3. Relación de Pilling-Bedworth

Esta se define como el cociente entre el volumen del óxido formado y el volumen del metal consumido en la reacción de oxidación. En función de esta relación, se formarán capas de óxido con características diferentes:

• R < 1: El óxido formado no recubre totalmente la superficie del metal. Son óxidos porosos no protectores. En estos casos, la oxidación directa prosigue de forma permanente y el espesor de la capa de óxido crece linealmente con el tiempo.
• R > 1: La capa de óxido puede formar capas de óxido protector. La protección dependerá de las características del óxido:
  • Si la estructura de la capa es tal que permite la difusión de reactantes a través de la misma, el espesor de la capa de óxido crece de forma parabólica con el tiempo.
  • Si la capa de óxido impide la difusión del oxígeno o del metal, el espesor de la capa de óxido crece asintóticamente con el tiempo. En esta situación, el metal se ha pasivado.
• R >> 1: El óxido formado es excesivamente voluminoso y suele perder el carácter protector debido a las tensiones internas que se generan en la capa de óxido por el gran aumento de volumen, descascarillándose dicha capa.

Cinética de la Oxidación

La velocidad de oxidación puede definirse como la variación del espesor de la capa de óxido en función del tiempo, o como la variación del peso de la capa de óxido por unidad de área, en función del tiempo. Existen diferentes leyes de oxidación: lineal, parabólica y asintótica.

Existen diferentes factores de los que depende la ley de corrosión, como por ejemplo, la red cristalina y las propiedades mecánicas del metal y de los óxidos formados, la atmósfera a la que se expone el metal o la temperatura de servicio.

18.4. Corrosión Electroquímica

La corrosión electroquímica se desarrolla en presencia de un electrolito, por lo que también se denomina corrosión acuosa o corrosión húmeda. El electrolito más habitual es el agua. Esta corrosión es la que rige la mayoría de los procesos corrosivos a baja temperatura.

Existen zonas anódicas (donde se producen las reacciones de oxidación) y zonas catódicas (donde se producen las reacciones de reducción).

Se definen los potenciales de electrodo: dos metales con diferente potencial electroquímico implican que el más electronegativo tiende a actuar como ánodo y se corroerá, mientras que el más electropositivo actúa como cátodo y no sufre daño.

El carácter anódico puede adquirirse por:

Heterogeneidades en la fase metálica

• Heterogeneidad composicional.
• Heterogeneidad estructural.
• Heterogeneidad mecánica.
• Heterogeneidad de superficie.

Heterogeneidades en el medio

• Diferencias de composición del medio o pH.
• Diferencias en la concentración de oxígeno.
• Diferencias en el movimiento del fluido.

Heterogeneidad en las condiciones físicas

• Diferencias de temperatura.
• Presencia de corrientes locales.
• Existencia de radiaciones.