Corrosión en materiales metálicos: Definiciones y cómo prevenirla

La corrosión, un fenómeno que consiste en el deterioro progresivo de los materiales metálicos, es ocasionada por las reacciones químicas y electroquímicas que los materiales metálicos experimentan, ya que éstos tienden a buscar un estado de menor potencial energético.

La corrosión forma parte del estudio de los materiales de ingeniería
La corrosión forma parte del estudio de los materiales de ingeniería. Imagen de nsenergy

El estudio del fenómeno de corrosión es de vital importancia para la industria y la ingeniería química, ya que tiene amplias repercusiones a nivel económico por el desgaste de los materiales, así como, a nivel de seguridad industrial y doméstica. En este artículo, encontraremos definiciones y pautas básicas para evitar la corrosión en materiales metálicos.


Tabla de contenidos

  1. Conceptos básicos de corrosión en materiales metálicos
    1. Materiales metálicos
    2. Óxido-reducción
    3. Agente oxidante
    4. Agente reductor
    5. Fenómeno electroquímico
    6. Ánodo
    7. Cátodo
    8. Celda Galvánica
    9. Herrumbre
    10. Material Pasivado
  2. ¿Qué es la corrosión?
  3. ¿Cómo ocurre la corrosión en materiales metálicos?
  4. Factores que producen la corrosión en materiales metálicos
    1. Acidez de la solución
    2. Sales disueltas
    3. Capas protectoras
    4. Concentración de oxígeno
    5. Temperatura
    6. Velocidad de flujo
  5. Tipos de corrosión en materiales metálicos
    1. Corrosión generalizada
    2. Corrosión localizada
      1. Corrosión galvánica
      2. Corrosión por picaduras
      3. Corrosión por fisuras
      4. Corrosión por cavitación
      5. Corrosión microbiológica
    3. Corrosión combinada
    4. Otros tipos de corrosión
      1. Oxidación
      2. Desaleación
      3. Filiforme
    5. Corrosión química
    6. Corrosión electroquímica
  6. ¿Cómo prevenir la corrosión en materiales metálicos?
    1. Inhibidores
    2. Recubrimientos orgánicos
    3. Recubrimientos metálicos
    4. Recubrimientos no metálicos
    5. Protección catódica
    6. Protección anódica


Conceptos básicos de corrosión en materiales metálicos

Corrosión en superficies metálicas
La corrosión aparece sobre superficies metálicas expuestas al medio ambiente. Imagen de toughtco

Materiales metálicos

Son materiales cuya composición se basa en uno o varios metales. Pueden contener otros materiales, como el carbono. Si el metal principal del material es el hierro, se denomina material férrico. Si no es el hierro, se denomina material no férrico.


Óxido-reducción

Es una reacción química en donde uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio entre sus estados de oxidación. Para que se lleve a cabo, debe existir un agente oxidante y un agente reductor.


Agente oxidante

Elemento químico que tiende a aceptar electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía antes de la reacción de óxido-reducción (se reduce).


Agente reductor

Elemento químico que tiende a ceder electrones, quedando con un estado de oxidación mayor al que tenía antes de la reacción de óxido-reducción (se oxida).


Fenómeno electroquímico

Es un fenómeno químico causado por la acción de las corrientes o voltajes.




Ánodo

Electrodo donde ocurre la reacción de oxidación.


Cátodo

Electrodo donde ocurre la reacción de reducción


Celda galvánica

Es una celda electroquímica que obtiene energía eléctrica a partir de una reacción de óxido-reducción (redox) espontánea, que tiene lugar dentro de la celda.


Herrumbre

Sustancia de color marrón (puede tener coloraciones rojizas según la composición del material) que aparece en la superficie de materiales férricos expuestos a la humedad y que destruye el metal hasta perforarlo.


Material pasivado

Son materiales que presentan una capa superficial pasiva de protección contra la corrosión.


¿Qué es la corrosión?

    Corrosión de piezas metálicas expuestas a la interperie
    La corrosión es un problema grave para la ingeniería. Imagen de WD40

La corrosión es un fenómeno natural que ocurre fundamentalmente en los metales (aunque no exclusivamente) y que consiste en una destrucción progresiva del metal debido a la interacción de éste con el medio ambiente que lo rodea. La corrosión ocurre mediante un proceso electroquímico (óxido-reducción) del metal con su entorno, convirtiendo al metal refinado en una forma más estable del mismo metal.

Una definición un poco más compleja, nos indica que al ser la corrosión un fenómeno electroquímico (óxido-reducción), ésta ocurre al presentarse un flujo masivo de electrones entre un punto y otro, ocasionado por una diferencia de potencial eléctrico entre dichos puntos. Cuando este flujo de electrones se presenta de una especie química a otra, se crea una polaridad negativa en la especie química que cede los electrones (comúnmente llamada ánodo) que es en donde ocurre la oxidación, y una polaridad positiva en la especie química que recibe los electrones (comúnmente llamada cátodo) que es en donde ocurre la reducción.

La corrosión por lo general es confundida con la oxidación del metal, pero es mucho más compleja que la oxidación y presenta grados de desintegración del metal. La oxidación es la forma más común de la corrosión, y una fase inicial de ésta, en donde los óxidos del metal presentan una coloración naranja característica que identifica el proceso de oxidación e inicio de la corrosión. Se puede decir, que la oxidación es el proceso de óxido-reducción del metal, y la corrosión, es la fase de desintegración del metal.

La corrosión forma parte del estudio de la ciencia de los materiales y de los materiales de ingeniería, siendo una materia importante para el ingeniero químico que requiere seleccionar materiales para diversos diseños de equipos o tuberías, mediante las características del proceso en donde se van a utilizar.

Por ser un fenómeno natural, la corrosión no se puede evitar. Sin embargo, se puede prevenir, aprovechando el conocimiento de la electroquímica, logrando como resultado, más tiempo de vida útil para un material metálico. Así, disminuyen los costos relacionados con mantenimiento y cambio de piezas y mejora la seguridad industrial del entorno de trabajo, evitando superficies deterioradas por la corrosión.


¿Cómo ocurre la corrosión en materiales metálicos?

Efectos de la corrosión
La corrosión genera pérdidas millonarias en la industria. Imagen de corrosionpedia

Para que aparezca la corrosión, deben existir tres factores: El primero es el material que se corroe, el segundo, el medio ambiente en donde se encuentra este material y el tercer factor, es la presencia de humedad (generalmente agua). También, pueden aparecer factores extras, como la presencia de sustancias corrosivas que estén en contacto directo con el material metálico.

La corrosión puede presentarse de diferentes formas en el material metálico. La más común en materiales férricos, es la aparición de pequeñas celdas galvánicas en la superficie expuesta, de modo, que se presentan flujos de electrones en diferentes zonas de la superficie, convirtiéndose estas zonas en ánodos y cátodos. Este fenómeno se debe principalmente a la conductividad eléctrica del medio ambiente, la cantidad de oxígeno en el aire y la presencia de humedad. Tiende a aparecer por diferentes tipos de magulladuras, abolladuras o rasguños que sufre el metal, generándose estas micro-celdas galvánicas.

La presencia de impurezas en el material metálico también puede favorecer la aparición de la corrosión. Por otro lado, la corrosión también puede ocurrir cuando el material metálico se encuentra expuesto a sustancias abrasivas, o en presencia de agua de mar.

Otra manera en que ocurre la corrosión, es cuando la superficie metálica se encuentra en contacto directo con otra superficie metálica, generándose así una especie de celda galvánica donde un metal toma el rol de ánodo y el otro de cátodo, produciendo una oxidación que puede llegar a convertirse en corrosión según avanza.

Asimismo, la corrosión puede ocurrir cuando el material metálico se encuentra expuesto a fenómenos físicos, ocasionados por su interacción con el medio ambiente, como tensiones, compresiones, erosiones, etc.

Como podemos notar, la corrosión puede ocurrir por diferentes causas, es por ello que es necesario conocer los factores que la producen y los tipos de corrosión existentes, a fin de tomar las medidas preventivas para evitar la destrucción del material metálico.


Factores que producen la corrosión en materiales metálicos

Tubos de metal corroidos
Los elementos ambientales influyen en la corrosión. Imagen de docplayer

Además del aire, la presencia de humedad y las características del material metálico, existen diferentes factores que promueven la corrosión, e incluso, aceleran su aparición. Estos factores son los siguientes:


Acidez de la solución

Muchas soluciones pueden estar en contacto con el material metálico. La acidez de estas soluciones es un factor determinante para producir la corrosión en el material, debido a que mientras más ácida sea la solución (valores de pH menores a 7) más corrosiva es, tendiendo a producir una mayor reacción en la zona del ánodo. Esto se puede explicar fácilmente, ya que los valores de pH menores a 7, cuentan con una concentración medianamente alta de iones de hidrógeno, los cuales son capaces de recibir electrones para estabilizarse.


Sales disueltas

Los procesos de corrosión pueden ser alterados o acelerados mediante la presencia de sales ácidas, que pueden estar en contacto con el material metálico. Estas sales ácidas al estar diluidas disminuyen el pH de esta solución, acelerando el proceso de corrosión por acidez. Entre las sales más conocidas que producen una aceleración de la corrosión, tenemos:
  • Cloruro de aluminio
  • Cloruro de hierro
  • Cloruro de amonio

Al contrario de las sales ácidas, las sales alcalinas elevan el valor de pH de la solución que las contiene. Por este motivo, tienen un efecto inverso, por lo que son utilizadas para desacelerar o inhibir el proceso de corrosión. Las principales sales alcalinas utilizadas para inhibir la corrosión son:
  • Fosfato trisódico
  • Tetraborato de sodio
  • Silicato de sodio
  • Carbonato de sodio

Capas protectoras

La corrosión se inicia en la superficie del material metálico. Por ello, para minimizar la interacción con el medio ambiente se utilizan capas protectoras o recubrimientos sobre la superficie del metal, que impidan la reacción de óxido-reducción. También, pueden utilizarse capas naturales de protección, como por ejemplo, formar capas de óxidos metálicos sobre la superficie del material a proteger para impedir la interacción con el medio ambiente (este tipo de protección es pasiva y un ejemplo de ello es el óxido de aluminio que es invisible y crea una capa protectora sobre el metal).



Concentración de oxígeno

La presencia de oxígeno en el medio ambiente puede acelerar el proceso corrosivo del metal. Esto puede variar según las características de cada material metálico. Para materiales férricos, la presencia de grandes cantidades de oxígeno acelerará la corrosión. Mientras que para materiales no férricos, a mayor presencia de oxígeno, mayor probabilidad de formar capas de protección natural pasiva frente al medio ambiente.

Temperatura

Mientras más elevada la temperatura, tiende a aumentar la velocidad del proceso de corrosión. Asimismo, la velocidad de corrosión que se presenta a altas temperaturas puede atravesar capas de pasivación, perforándolas y llevando la corrosión al metal protegido por estas capas. Experimentos de laboratorio han confirmado que un aumento de dos grados Celsius de temperatura, incrementa al doble la tasa de corrosión de un material metálico.


Velocidad de flujo

Cuando nos encontramos frente a sistemas de transporte de fluidos, a mayor velocidad de los fluidos dentro de equipos y tuberías, mayor será la velocidad de aparición de la corrosión en el material metálico. Esto, principalmente, se debe a que las sustancias corrosivas pueden alcanzar y tocar zonas no afectadas del material y además, evitan la formación de capas resistentes a la corrosión.


Tipos de corrosión en materiales metálicos

Existen muchos tipos de corrosión, los cuales, van a depender de las características de cada material metálico y de las condiciones del medio ambiente en donde se encuentran. Una forma simple de clasificar los tipos de corrosión es mediante cuatro categorías, las cuales son: Corrosión generalizada, corrosión localizada, corrosión combinada y otros tipos de corrosión.


Corrosión generalizada

Corrosión generalizada en tuberías
Corrosión generalizada de tubos de metal. Imagen de freepik

Este tipo de corrosión ocurre sobre toda la superficie del material metálico de manera uniforme y homogénea, degradando el metal completamente, siendo la que provoca mayor pérdida de metal. Sin embargo, es bastante fácil de predecir y controlar. Se observa comúnmente en materiales utilizados en la industria de la construcción, materiales férricos no aleados o protegidos. La velocidad de corrosión es altamente influenciada por las impurezas e imperfecciones de los materiales utilizados, ya que estas imperfecciones inducen a diferencias de potencial formando electrodos a pequeña escala propiciando la reacción de óxido-reducción.


Corrosión localizada

Corrosión localizada en placa metálica
Corrosión localizada. Imagen de laminasyaceros

La corrosión localizada representa un riesgo potencial para la industria en general, ya que es bastante difícil de detectar, debido a que se encuentra en zonas específicas del material. Se debe principalmente a la geometría del material, a sus características físicas y a las condiciones del medio ambiente.

Las corrosiones localizadas de mayor ocurrencia son: La galvánica, la corrosión por picadura, por fisura, por cavitación y cavitación microbiológica.


Corrosión galvánica

Corrosión galvánica en metales
Corrosión galvánica de metales. Imagen de solaracks 

Este tipo de corrosión ocurre cuando los materiales metálicos se encuentran en contacto con otros metales, o presentan una unión eléctrica con otro metal de naturaleza diferente en presencia de un electrolito, formándose una celda galvánica, donde el material con menor potencial es el que se corroe. Un ejemplo clásico de este tipo de corrosión, son los tornillos y las tuercas que forman una celda galvánica con el material metálico al cual están unidos.


Corrosión por picaduras

Corrosión por picaduras o pitting
Corrosión por picaduras o pitting. Imagen de searchgate

También conocida como pitting, llega a presentarse en materiales pasivados, debido a las características geométricas del sistema. Las picaduras o magulladuras hechas al material metálico propician la corrosión, ya que rompen la capa pasivada, permitiendo que la corrosión se desarrolle en zonas puntuales del material.


Corrosión por fisuras

Corrosión debida a fisuras
Las fisuras pueden generar corrosión en los metales. Imagen de evolution

La corrosión por fisuras es muy similar a la corrosión galvánica. Se presenta en zonas bastante estrechas en donde la concentración de oxígeno es mucho menor que en el resto del sistema, de modo, que estas zonas de menor concentración de oxígeno se comportan como un ánodo, propiciando un proceso de corrosión en las fisuras del material metálico.


Corrosión por cavitación

Corrosión por cavitación
Corrosión por cavitación. Imagen de corrosionpedia

La cavitación pude propiciar la corrosión en las tuberías, bombas y accesorios de sistemas de transporte de fluidos. Esto se debe a que los cambios de presión del sistema, promueven la aparición de flujo turbulento que forma burbujas de aire, las cuales, implosionan sobre la superficie del material (por lo general, pasivado), facilitando el desarrollo del proceso de corrosión de manera similar a la corrosión por pitting.


Corrosión microbiológica

Los microorganismos causan corrosión en los metales
Corrosión causada por microorganismos. Imagen de ingenieriayestructuras

En realidad no es un tipo de corrosión en sí, ya que se trata de un fenómeno que promueve el desarrollo de otros procesos de corrosión. Es llevado a cabo por microorganismos que alteran la química de los materiales (bacterias, algas y hongos). Tiende a producirse en sistemas de transporte de fluidos. La naturaleza del líquido que se transporta en estos sistemas propicia la producción y acumulación de estas bacterias y microorganismos, generando las condiciones adecuadas para la concentración de sales y oxígeno, originándose procesos de corrosión.


Corrosión combinada

Corrosión combinada
Ejemplo de corrosión combinada. Imagen de interempresas

Este tipo de corrosión se produce al someter el material metálico a una fuerza física externa. Puede clasificarse, según el tipo de fuerza física y combinada con las características del material, de la siguiente manera:
  • Por erosión: Se presenta fundamentalmente en el transporte de fluidos con materiales pasivados. En este tipo de sistemas se presentan partículas mucho más duras que el material pasivado, las cuales, al estar en movimiento generan una fricción con la superficie del material metálico, generando un desgaste de la capa protectora (capa pasivada), iniciando así un proceso de corrosión.
  • Por tensión: Aparece cuando un material metálico es sometido a fuerzas de tensión externas o internas. Estas tensiones forman pequeñas fisuras que dan inicio a un proceso de corrosión. La tensión ejercida sobre el material genera fracturas o quiebres en su estructura que fomentan el pitting. Mientras más grande es la tensión, habrá más riesgo de corrosión y mayor cantidad del material estará expuesto a ésta.
  • Por fatiga: Se presenta en materiales sujetos a esfuerzos externos, estos esfuerzos tienden a ser cíclicos. Al estar sometidos a estas fuerzas, los materiales se deterioran, iniciando procesos de corrosión.

Otros tipos de corrosión

Existen otros tipos de corrosión que son diferentes a los anteriores, y se describen a continuación:


Oxidación

Este tipo de corrosión se presenta en procesos de altas temperaturas y en presencia de algún gas oxidante, como el oxígeno, el azufre o elementos halógenos. Las reacciones relacionadas con este tipo de corrosión son netamente químicas al no existir un electrolito de por medio, por lo que también, se le llama corrosión seca. Las moléculas del gas reaccionan con la superficie del material por efecto de la temperatura, formando un compuesto que se difunde al interior del material, fragilizándolo y propiciando su deterioro.


Desaleación

Tipo de corrosión que actúa sobre aleaciones metálicas, en donde uno de los elementos que la compone tiene mayor afinidad con el oxígeno. Este elemento afín al oxígeno, tiende a separarse de la aleación, generando una estructura porosa, la cual propicia la corrosión. Un ejemplo clásico de desaleación, es la corrosión del latón, que se presenta al separarse el zinc de la matriz de cobre.


Filiforme

La corrosión filiforme se presenta en ambientes de alta humedad, sobre materiales que tengan recubrimientos orgánicos, como pinturas, que al ser dañados o rayados inician el desarrollo de la corrosión, que se va propagando como filamentos delgados.

Piezas metálicas protegidas contra la corrosión
Las piezas metálicas protegidas retardan enormemente la corrosión. Imagen de ingezinc

Cabe destacar, que podemos encontrar otras clasificaciones para los diferentes tipos de corrosión existentes, como la clasificación por el tipo de reacción llevada a cabo sobre el material metálico, en donde encontramos la corrosión química y la corrosión electroquímica.


Corrosión química

Es aquella que se produce cuando un material metálico reacciona con un líquido o gas corrosivo hasta disolverse por completo. Esto puede ocurrir de distintas maneras, y entre las principales tenemos las siguientes:
  • Ataque por metal líquido: Se presenta cuando un metal líquido entra en contacto con un material metálico sólido, este último experimenta la corrosión iniciando por sus puntos débiles y propiciados por el metal líquido.
  • Lixiviación selectiva: Se trata de una corrosión selectiva que se presenta en aleaciones metálicas.
  • Ataque químico: Aparece cuando el material metálico es sometido a la acción de solventes de gran poder, produciendo reacciones químicas agresivas que incluso son capaces de disolver polímeros.

Corrosión electroquímica

Este tipo de corrosión aparece cuando los átomos de los materiales metálicos pierden electrones y se convierten en iones. Puede ocurrir de las siguientes maneras:
  • Microbiológica: Generada por la acción de organismos vivos que se encuentran en contacto con la superficie del material metálico.
  • Galvánica: Se inicia cuando dos metales diferentes interactúan entre sí, formando una celda galvánica.
  • Aireación: Se produce en superficies planas ubicadas en sitios con una humedad alta y en presencia de suciedad, generando entornos electronegativamente cargados que inducen a la corrosión.



¿Cómo prevenir la corrosión en materiales metálicos?

Existen muchas formas de prevenir la corrosión en los materiales metálicos, al tener claro el origen de la corrosión y las características de los materiales. De modo, que se pueda prolongar la vida útil de los materiales, ahorrando recursos en pérdidas por corrosión.

El primer factor a tener en cuenta para prevenir la corrosión, es realizar una buena selección del material metálico a utilizar, estudiando sus características para evitar que la interacción con el entorno propicie la corrosión. Sin embargo, el costo de los materiales más resistentes siempre es muy elevado, lo que puede ser contraproducente para la mayoría de los proyectos de ingeniería, es por ello, que se han creado diferentes métodos de control y prevención de la corrosión. A continuación, describiremos los más utilizados en la industria:


Inhibidores

Los inhibidores pueden retrasar la corrosión de los metales
Algunos inhibidores como el aceite retrasan la aparición de la corrosión. Imagen de adsindustrial

Los inhibidores son sustancias químicas que retardan la velocidad de corrosión o inhiben la aparición de ésta, siendo muy popular su uso alrededor del mundo. Se trata de sumergir el material metálico en el inhibidor, formando una pequeña película de éste sobre la superficie del material. Estos inhibidores también pueden ser adicionados a las sustancias corrosivas para debilitar su poder abrasivo. Existen diferentes tipos de inhibidores, los más comunes son los anódicos y catódicos:
  • Anódicos: Son inhibidores oxidantes, por lo general, de origen inorgánico, Tienen la capacidad de elevar el potencial electroquímico del material metálico a proteger, volviéndolo más noble.
  • Catódicos: Estos inhibidores controlan el pH de los medios corrosivos, de modo, que impiden la ocurrencia de reacciones de reducción.

Recubrimientos orgánicos

Recubrimientos orgánicos como pinturas protegen de la corrosión
Recubrimientos orgánicos como las pinturas protegen de la corrosión.

Como su nombre lo indica, se trata de recubrir la superficie del material metálico a proteger con un polímero (pintura) altamente resistente a la degradación ocasionada por el medio ambiente. Estos recubrimientos forman una barrera sobre la superficie del metal, manteniéndolo aislado del entorno y evitando la corrosión, siempre y cuando la capa de polímero no se degrade.


Recubrimientos metálicos

Los recubrimientos metálicos protegen a los metales de la corrosión
Piezas con recubrimientos metálicos. Imagen de industrialverde

Similar al método anteriormente expuesto, se trata de recubrir el material metálico con una capa de metal más resistente a las condiciones abrasivas y que no reaccione con el material a proteger. Entre los principales métodos de recubrimientos metálicos, tenemos al electroplating y el galvanizado.
  • Electroplating: Este proceso de protección utiliza una corriente eléctrica para depositar una capa de metal con mayor resistencia a la corrosión, sobre la superficie del material a proteger.
  • Galvanizado: Para realizar el galvanizado, se sumerge el material metálico a proteger en un baño de metal de recubrimiento, el cual, cuenta con un potencial electroquímico mucho mayor.

Recubrimientos no metálicos

Recubrimientos no metálicos de protección contra la corrosión
Recubrimientos no metálicos. Imagen de denso

El más popular de estos recubrimientos de protección, es el anodisado, que consiste en emplear una corriente eléctrica sobre el material metálico, de modo, que se cree un potencial electroquímico que induzca un comportamiento anódico de este material, así, se desarrolla una capa de pasivación que lo protege.


Protección catódica

Protección catódica de tuberías
Protección catódica de metales. Imagen de powerandcables

Consiste en modificar el valor del potencial electroquímico del material a proteger, haciendo que éste se comporte como un cátodo. Se emplea principalmente en sistemas que se encuentran enterrados o bajo el agua de mar. Existen dos formas de realizar este tipo de protección, las cuales son:
  • Ánodo de sacrificio: Se basa en conectar eléctricamente un material con un menor potencial electroquímico que el material metálico a proteger. De este modo, obtenemos un ánodo que se oxidará y se degradará por corrosión, en lugar del material a proteger
  • Corriente impresa: Este método de protección consiste en inyectar una corriente eléctrica al material metálico a proteger, lo cual, promueve reacciones electroquímicas empleando un ánodo de sacrificio. Es muy similar al método anterior, sólo que este requiere una corriente eléctrica externa para poder propiciar la protección catódica.

Protección anódica

La protección anódica se basa en la pasivación de los metales
La pasivación de metales es la idea general de la protección anódica. Imagen de fabricator

Es menos empleada que la protección catódica y su funcionamiento es completamente inverso. Con esta protección, se busca disminuir el potencial electroquímico del material a proteger, mediante la inyección de una corriente externa. De este modo, el material a proteger se vuelve más anódico, iniciando un estado de pasivación, formando una capa pasiva que protege al material de la corrosión. Si se mantiene la corriente de manera continua, la capa de pasivación se regenera de manera constante, evitando que el material se deteriore o ceda ante la corrosión. La única desventaja que tiene este método, es que no puede utilizarse con cualquier material metálico, siendo muy utilizado con metales de transición.

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Corrosión en materiales metálicos: Definiciones y cómo prevenirla by Ing. Bulmaro Noguera is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional License


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