Korrosio

Korrosioa inguruneko agente fisikoek edo kimikoek material baten azalean eragindako aldaketa da, materiala narriatzea, deskonposatzea edo desegitea dakarrena.

Korrosioa erreakzio kimikoen ondorioz edo erreakzio elektrokimikoen ondorioz gertatu ohi da, baina erreakzio fisikoek (tentsio mekanikoek, adibidez) eta mikroorganismoek ere eragin hori bera izan dezakete zenbait metaletan. Erreakzio kimikoen ondorioz gertatzen den korrosioan, airearen oxigenoak eragiten die kaltea metalei, herdoildu egiten baititu. Metal-mota batzuetan, herdoildutako geruza erori egiten da, eta oxidazio-prozesua behin eta berriro errepikatzen da metala erabat hondatzen den arte. Beste metal batzuetan, berriz, geruza bakarra hondatzen du oxigenoak, eta geruza horrek korrosioaren kontrako babesa ematen dio metalari. Korrosio elektrokimikoa metalaren eta metala dagoen ingurunearen artean eratzen diren korronte elektrikoek sortzen dute.

Metalak korrosiotik babesteko, hiru bide daude: metala korrosioak hondatzen ez duen gai batez estaltzea, gainazalean babes-geruza bat ezartzea alegia; korrosioa eragiten duten gaien lana galarazteko edo moteltzeko sistemak erabiltzea; eta, korronte elektrikoak korrosioa eragin ez dezan, metala katodoarekin lotzea.

Korrosioa prozesu naturala da non metalak kimikoki egonkorragoa den egitura osatzen duen, normalean oxido, hidroxido edo sulfuro bezalakoak. Ingurunearekin erreakzio kimikoak edo elektrokimikoak egitearen bidez materialaren suntsipenari deritzo korrosioa. Orokorrean, korrosioa faboratuta dago, izan ere, Gibbs-en energia askea balore negatiboak hartzen ditu. Hau ondo ikus daiteke Ellinghan diagrametan, non, Gibbs energia askea irudikatuta dagoen tenperaturarekiko.

Korrosioaren esanahirik ohikoena metalaren oxidazio elektrokimikoa da ,oxido edo sulfuroek oxidatzaile bezala jokatzen dutenean alegia metalaren elektroiak hartuz. Metalen korrosioaren adibide garbienetakoa burdinari gertatzen zaiona da. Burdinak korrosioaren ondorioz oxido eta gatz desberdinak produzitzen ditu eta ondorioz laranja koloreko geruza bat sortzen da. Hala ere, korrosioa ez da bakarrik material metalikoetan ematen, material polimeriko zein zeramikoetan ere eman egiten da korrosioa, nahiz eta kasu hauetarako degradazio terminoa egokiagoa den. Korrosioak asko degradatu egiten ditu material bakoitzak izan ditzakeen propietateak, hala nola talkarekiko erresistentzia, gas eta likidoekiko erresistentzia…

Zenbait materialek korrosioa pairatzen dute airearekin kontaktuan egoterakoan baina beste material askotan korrosioa gertatzeko substantzia jakin batzuenganako kontaktu zuzena izan behar dute.  Korrosioa difusioz kontrolatutako prozesua denez eta materialen gainazaletan gertatzen denez, pasibazioa eta konbertsio kromatikoa bezalako prozesuen bitartez korrosioarekiko erresistentzia areagotu daiteke materialetan.

Korrosioari aurre egiteko, teknika desberdinak erabili daitezke. Posiblea bada, oxidatzen ez diren materialak (zinetika edo termodinamikagatik) erabili daitezke. Bestela, beste zenbait teknika erabili daitezke materiala ez degradatzeko. Metalen kasuan, irtenbide bat galvanizazioa da, non, pieza metalikoa (erraz oxidatzen den metala duena) ioi baten bainuan sartzen da. Korronte elektriko baten bidez (tentsioa ioi horren erredukziozko potentzialaren araberakoa izanik) ioia erreduzitzen da piezaren gainean pieza babestuta geratuz. Zinka nahiko erabilia da, izan ere, metal honek pasibazioa pairatzen du.

Sakrifiziozko anodoa beste teknika erabilia da, non, gure pieza metalikoa baino errazen oxidatzen den pieza metalikoa elektrikoki konektatuta dauden. Horrela, gure pieza oxidatu beharrean, sakriziozko anodoa oxidatzen da.

Korrosio galvanikoa gertatzen da bi metal ezberdin lotura fisiko edo elektrikoa dutenean eta elektrolito berean sartuta daudenean edo metal bera dagoenean kontzentrazio desberdineko elektrolitoan. Bikote galvanikoan, metal aktiboaren korrosioa gertatzen da eta metal nobleenaren korrosioa gertatzen da. Bi metal ezberdin aukeratzeko, serie galvanikoa aukeratzen da. Zinka erabili ohi da sakrifizio anodo bezala egitura altzairuekin. Gainera, korrosio galvanikoa garrantzitsua da itsas industrian.

Anodoaren tamainak, espezie metalikoak eta operazio baldintzek korrosioan eragiten dute. Edozein ingurunean metal bat beste bat baino nobleago edo aktiboagoa da ioiak gainazalera nola atxikitzen diren arabera. Metal nobleak metal aktibotik elektroiak hartuko ditu. Masa aldaketa erresultantea edo korronte elektrikoa neurtu daiteke materialen hierarkia batekin eta honi serie galvanikoa deritzo. Honekin, korrosioa ulertu daiteke.

Zenbait kasutan posible liteke korrosioaren produktu oxidatuak erauztea. Adibide batzuk jartzearren, burdin oxidodun materialetatik erauzteko azido fosforikoa aplikatzen da materialaren gainazalean. Material oxidatuaren erauzketak ez dauka zerikusik elektrogarbiketarekin. Elektrogarbiketak metalaren barneko zenbait geruza kentzen ditu gainazala leunagoa egiteko helburuarekin.

Material metalikoen artean, metal batzuek korrosioarenganako erresistentzia handiagoa dute beste batzuek baino.

• Propietate kimiko intrintsekoak: Korrosioarekiko erresistentzia handiena erakusten duten materialek ez dute termodinamikoki faboratuta dagoen erreakziorik. Esaterako, urre eta platinodun oxidatu osteko produktuek metal puruetan deskonposatzeko joera izaten dute eta horren ondorioz metal purua lor daiteke lurretik. Beste metal askok ordea, zinetikoki motelak diren erreakzioak burutzen dituzte oxidatzailearekin, nahiz eta batzuetan erreakzioa termodinamikoki faboratua izan. Horien artean zinka, magnesioa eta kadmioa bezalako metalak ageri dira. Nahiz eta metal hauen oxidazio prozesua gelditzen ez den prozesua den, oso abiadura motelean gertatzen dela esan daiteke. Horien arteko adibiderik muturrekoena grafitoaren kasua da.
• Pasibazioa: Pasibazioa metalen gainazaletan eratzen den  korrosio produktuen geruza ultrafinari dagokio. Pasibatutako geruzaren eta metalaren egiturak desberdinak dira. Pasibatutako geruza ez da beroketa gauzatu ondoren sortutako oxido geruza berdina, pasibatutako geruza deformatu edo erauzterakoan berriro ere agertzen den bitartean oxidatutako geruza ez da berriz ere konpontzen. Ingurugiroan, pH leun batean pasibatzen diren materialak aluminioa, altzairu herdoilgaitza, titanioa eta silizioa dira.

Pourbaix diagramen bidez pH-aren balio desberdinek pasibazioan duten eragina aztertu egiten da. Hala ere, beste zenbait faktoreek eragin handia izan dezakete. Adibidez, aluminioaren eta zinkaren kasuan pH balio altuek pasibazioa inhibitu egiten dute. Altzairu herdoilgaitzaren kasuan ordea pH balio baxuek edo kloruroen presentziak, etab…

Tenperatura altuko korrosioa material baten degradazioa da beroarengatik. Korrosioaren forma ez galvaniko hau oxigeno edo sufre bezalako konposatuak dituen atmosfera beroan egotean. Adibidez, espazioan erabili beharreko materialak edo kotxeen motorrak zeinak denbora luzez egon behar dira tenperatura altu eta atmosfera oxidatzaile batekin kontaktuan.

Tenperatura altuko korrosioak ingeniaritzako abantaila bat izan daiteke. Oxidoen eraketa gainazalean, metal batzuetan era dezake gainazalean segurtasun geruza bat atmosferaz babesteko.  

Korrosio mikrobianoa, edo mikrobiologikoki eragindako korrosioa (MIC), normalean kimioautotrofoek eragindako edo larriagotutako korrosio mota bat da. Korrosio mota hau material metaliko zein ez-metalikoei aplika daitezke, oxigenoaren presentzian edo presentziarik gabe. Bakterio sulfato-erreduzitzaileak baldintza anaerobikoetan aktiboak dira, hidrogeno sulfuroa eratuz, eta sulfuroek eragindako tentsio-pitzadurak sortzen dira (sulfide stress cracking, SSC). Baldintza aerobikoetan, zenbait bakteria motek burdina burdin oxido eta hidroxidoetara zuzenean oxida ditzakete, eta beste bakterio mota batzuek sufrea oxida dezakete eta azido sulfurikoa eratu, sulfuro korrosio biogenikoa eraginez. Korrosio-produktuak dauden geruzetan kontzentrazio-zelulak eratu daitezke, materialaren korrosio lokalizatua (puntu jakin batean) eratuz.

MIC mota bat azeleratutako itsasbehera-korrosioa (accelerated low-water corrosion , ALWC) da, MIC mota oso kaltegarri bat da, itsasbeheraren alboan dauden altzairuzko zutabeei eragiten diotenak. Laranja koloreko lohi batek bereizten du, hau hidrogeno sulfuro usaina daukala azidoz tratatzean. Korrosio-abiadurak kasu honetan nahiko altuak dira eta altzairuaren korrosio-tarteak azkar gainditu daitezke, altzairuzko zutabeen apurketa goiztiarra eraginez. Zutabe kapadunak eta babes katodikoa dauzkatenak eraikuntza-unean ez dute ALWC-rik jasango. Zutabe desbabestuen kasuan, sakrifiziozko anodoak instala daitezke gune kaltetuetan, korrosio-prozesua inhibitzeko. Halaber, kaltetutako guneetan, anodo inerte bati korronte elektrikoa aplikatu ahal zaio geruza karedun bat eratzeko, materiala eraso gehiagotik babes dezan.

Material zeramiko gehienak pasiboak dira korrosioarekiko. Materialak ondo lotzen dituen lotura kimiko sendoak ez du ia energia kimiko askerik uzten egituran. Material zeramikoetan korrosioa ekiditeko kaltzio oxidoa erabiltzen da materialak uretan duen solugarritasuna murrizteko.

Polimeroen degradazioak zenbait prozesu konplexu eta zenbaitetan gutxi azaldutakoak hartzen ditu. Orain arteko korrosio prozesu guztiekin alderatuz, polimeroek bide oso desberdinak jarraitzen dituzte korrosioari buruz hitz egiten denean. Polimeroek duten pisu molekular handiaren ondorioz, oso entropia aldaketa txikia irabazi daiteke polimero bat beste substantzia batekin nahasterakoan. Horregatik material polimerikoak nahiko disolbagaitzak dira.

Material polimerikoetan sortu daitekeen arazo bat materialaren puztea da. Hau gertatzean, molekula txikiak egituraren barnean infiltratu eta jatorrizko egiturak duen erresistentzia eta sendotasuna aldatu egiten du, zenbaitetan bolumen aldaketa nabariak sorraraziz. Beste alde batetik ordea, polimero askotan plastikotasuna igo edo jaisteko substantziak infiltratu egiten dira.

Material polimerikoen degradaziorik arruntena, polimeroen karbono katearen murrizketa da. Polimeroaren karbono katea murrizteko azaltzen diren mekanismoak oso ohikoak dira prozesu biologikoetan DNA-rengan duten efektua dela eta. Beste batzuen artean, erradiazio ionikoa (gehien bat izpi ultramorez burutua), erradikal askeak eta oxigenoa bezalako erradikal askeak beste batzuen artean. Lehenago aipatutako plastiko gehigarriek prozesu hauek moteldu ditzakete eta erradiazio ultramorea absorbatzen duen pigmentua izan daiteke polimeroaren karbono katearen apurketa ekiditeko erabilitako teknika.

Beirek korrosioarekiko erresistentzia handia erakusten dute. Beirek urarenganako erresistentziaren ondorioz industria farmazeutikoan paketatze moduan asko erabiltzen diren materialak dira. Horretaz gainera bete zenbait gas edo likido erreaktiboekiko erresistentzia handia erakusten du.

Beirek ordea, “beiren gaixotasuna” deritzen arazoa aurkezten dute.Beiren gaixotasuna beiretan aurkitzen diren silikatoen korrosioaren ondorioz gertatzen da disoluzio urtsuetan. Bi mekanismoren bidez gertatzen da beiren korrosioa. Lehenik eta behin difusioz kontrolatutako lixibazioa eta beiraren egituraren disoluzio hidrolitikoa.

Geruza oxido baten formazioa Deal Grove modeloak deskribatzen du, non, aurresan eta kontrola daiteke geruza horren formazioa hainbat egoeretan. Test erraz batekin egiten da, pisu galera metodoa deitzen dena. Metodoak metal pisatuaren pieza edo aleazioa inguru korrosibo batean jartzen da denbora tarte espezifiko batean, pieza garbitzen da eta pisatzen da. Korrosio ratioa R moduan definitzen da hurrengo ekuazioaren bidez:

${\displaystyle R={k\cdot W \over p\cdot A\cdot t}}$

k konstante bat da, W masa galera, t esposizio denbora, A esposizio azalera eta p dentsitatea.

1. Introducción a la ciencia e ingenieria de materiales 2. Editorial Reverte. William D. Callister, Jr. 2007. 592-594
2. https://www.researchgate.net/profile/Juan_Genesca/publication/31633494/figure/fig16/AS:491772817219586@1494259184125/Figura-17-Mecanismo-de-proteccion-catodica-con-anodo-de-sacrificio.png (accssed 29/11).
3. Corrosión y protección galvanica. Luis Bilurbina Alter, Francisco Liesa Mestres y José Ignacio Iribarren Laco. Edicions UPC. 2003. 15-38
4. https://www.bing.com/images/search?view=detailV2&ccid=MAr3RY%2fg&id=F2EF0B8AB4C6874B0AF6F520014746B287D7A2A4&thid=OIP.MAr3RY_g02aJkkH5MIgbogHaKe&mediaurl=https%3a%2f%2fimage.slidesharecdn.com%2ftrabajodiagramasdeellingham-101104170423-phpapp01%2f95%2ftrabajo-diagramas-de-ellingham-7-638.jpg%3fcb%3d1422666551&exph=903&expw=638&q=diagrama+hellingan&simid=608002454515287874&selectedIndex=2&ajaxhist=0 (accessed 29/11).
5. [Fundamentals of corrosion – Mechanisms, Causes and Preventative Methods]. Philip A. Schweitzer, Taylor and Francis Group, LLC (2010) p. 25.
6. Methods of Protecting Against Corrosion Piping Technology & Products, (retrieved January 2012)

J.E. Breakell, M. Siegwart, K. Foster, D. Marshall, M. Hodgson, R. Cottis, S. Lyon (2005). Management of Accelerated Low Water Corrosion in Steel Maritime Structures, Volume 634 of CIRIA Series.