Corrosión En Bronces

Introducción

El cobre y sus aleaciones son ampliamente usados en una gran variedad de ambientes y aplicaciones debido a su excelente resistencia a la corrosión, la cual va acompañada con combinaciones de otras propiedades deseables, tales como la gran conductividad eléctrica y térmica, fácil fabricación y unión, la amplia gama de propiedades mecánicas obtenibles, y la resistencia a la biocontaminación. El cobre se corroe a velocidades casi imperceptibles en aire no contaminado, agua, y ácidos no oxidantes desaireados.

Las aleaciones de cobre resisten muchas soluciones salinas, alcalinas y químicos orgánicos. Sin embargo, el cobre es susceptible a un ataque más rápido en ácidos oxidantes, sales metálicas fuertemente oxidantes, azufre, amoniaco (NH3), y algunos compuestos de azufre y del amoniaco. La resistencia a las soluciones ácidas depende principalmente de la severidad de las condiciones de oxidantes de la solución. La reacción del cobre con azufre y sulfatos para formar sulfuros de cobre (CuS ó Cu2S), usualmente impide el uso de cobre y sus aleaciones en medios ambientes conocidos por contener ciertas especies sulfuradas.

El comportamiento de la corrosión de las aleaciones a base de cobre se puede entender mejor mediante el diagrama potencial-pH:

Además, el cobre es pasiva en condiciones de zona neutral a condiciones ligeramente alcalinas, es decir, condiciones de pH 7 a 12. En tales soluciones, el cobre será termodinámicamente estable (inmune) en condiciones reductoras. Las aleaciones a base de cobre se corroen en la zona de oxidación de los ácidos y en soluciones fuertemente alcalinas.

Bronce como aleación de cobre

El cobre y sus aleaciones son únicos entre las aleaciones resistentes a la corrosión en el hecho de que ellas no forman una película de productos de corrosión realmente pasiva. En ambientes acuosos a temperatura ambiente, el producto de corrosión predominantemente responsable de la protección es oxido cúprico (Cu2O). Esta película de Cu2O es adherente y sigue el crecimiento cinético parabólico. El óxido cúprico es un semiconductor tipo p formado por los procesos electroquímicos:

1). 4Cu+2H_2 O→2〖Cu〗_2 O+4H^++4e^- (Ánodo)

2). O_2+2H_2 O+4e^-→4〖(OH)〗^- (Cátodo)

Con la reacción neta:

4Cu+O_2→2〖Cu〗_2 O

Para la reacción de corrosión que procede, los iones de cobre y los electrones deben migrar a través de la película de Cu2O. Consecuentemente, reduciendo la conductividad iónica o la electrónica de la película por dopado con cationes divalentes o trivalentes, debería mejorar la resistencia de corrosión. En la práctica, se agregan elementos de aleación tales como aluminio, zinc, estaño, hierro, y níquel para dopar la película de productos de corrosión y ello, por lo general, reduce las velocidades de corrosión en forma significativa.

Las aleaciones de cobre con estaño se denominan BRONCES y son conocidas desde la antigüedad.

El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22 %. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de laton pero son más difíciles de mecanizar y más caras.

Para aumentar la fluidez de las aleaciones empleadas en la fundición se agrega una pequeña cantidad de zinc y para mejorar su maquinabilidad se añade generalmente un porcentaje reducido de plomo.

La principal propiedad del bronce es su elevada resistencia a la tracción y dureza. Su resistencia al desgaste es también mayor que la del latón, pero por otra parte, su maquinabilidad es bastante mala.

Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como Aluminio, Berilio, Cromo, Silicio y Manganeso.

Composición de las aleaciones de cobre

Nombre genérico UNS Composición

Aleaciones

Cobre C10100 – C15760 >99% Cu

Aleaciones de alto contenido de CU C16200 – C19600 >96% Cu

Latones C205 – C28580 Cu – Zn

Latones al plomo C31200 – C38590 Cu – Zn – Pb

Latones al estaño C40400 – C49080 Cu – Zn – Sn – Pb

Bronce fosfórico C50100 – C52400 Cu – Sn – P

Bronce fosfórico al plomo C53200 – C54800 Cu – Sn – Pb – P

Cu fosfórico y aleaciones de Cu, Ag y P C55180 – C55284 Cu – P – Ag

Bronces al aluminios C60600 – C64400 Cu – Al – Ni – Fe– Si –Sn

Bronces al silicio C64700 – C66100 Cu – Si – Sn

Alecciones de cobre y Zn C66400 – C69900

Cupro-Níquel C70000 – C79900 Cu – Ni – Fe

Níquel plata C73200 – C79900 Cu – Ni – Zn

Aleaciones fundidas

Cobre C80100 – C81100 >99% Cu

Aleaciones de alto contenido de Cu C81300 – C82800 >94% Cu

Latón rojo al plomo y latón rojo C83300 – C85800 Cu – Zn – Sn – Pb

Latón amarillo al Plomo y latón amarillo C85200 – C85800 Cu – Zn – Sn – Pb

Manganeso y bronce al manganeso plomo C86100 – C86800 Cu – Zn – Mn – Fe – Pb

Bronce al Silicio, Latón al silicio C87300 – C87900 Cu – Zn – Si

Bronce al Sn y Bronce Sn - Pb C90200 – C94500 Cu – Sn – Zn – Pb

Bronce al Ni – Sn C94700 – C94900 Cu – Ni – Sn – Zn – Pb

Bronce al aluminio C95200 – C95810 Cu – Al – Fe – Ni

Cupro-niquel C96200 – C96800 Cu – Ni – Fe

Ni Ag C97300 – C97800 Cu – Ni – Zn – Pb – Sn

Cu Pb C98200 – C98800 Cu – Pb

Aleaciones misceláneas C99300 – C99750

Las aleaciones de cobre con estaño se denominan BRONCES y son conocidas desde la antigüedad.

El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22 %. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón pero son más difíciles de mecanizar y más caras.

Para aumentar la fluidez de las aleaciones empleadas en la fundición se agrega una pequeña cantidad de zinc y para mejorar su maquinabilidad se añade generalmente un porcentaje reducido de plomo.

La principal propiedad del bronce es su elevada resistencia a la tracción y dureza. Su resistencia al desgaste es también mayor que la del latón, pero por otra parte, su maquinabilidad es bastante mala.

Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como Aluminio, Berilio, Cromo, Silicio y Manganeso.

Bronces fosfóricos

La adición de estaño y fósforo al cobre produce buena resistencia al flujo de agua de mar y a la mayoría de los ácidos no oxidantes, excepto el ácido clorhídrico (HCl). Las aleaciones que contienen de 8 a 10% de Sn tienen alta resistencia al ataque por impacto. Los bronces fosfóricos son menos susceptibles a la CBT que los latones y son similares al cobre en cuanto a resistencia al ataque de súlfuros. Los bronces (aleaciones de cobre con estaño) tienden a ser usadas principalmente en formas fundidas, las cuales son modificadas por adiciones de plomo, zinc y níquel. Así como los latones fundidos, los bronces al estaño fundidos, ocasionalmente se identifican por nombres antiguos y más coloridos que reflejan sus usos históricos, por ejemplo bronce G, metal de cañón, bronce naval M, y bronce para vapor. Los usos contemporáneos incluyen bombas, válvulas, engranajes, y cojinetes. Los bronces al estaño forjados son conocidos como bronces fosfóricos, y se usan en aplicaciones para alambres de alta resistencia, por ejemplo tendidos eléctricos. Este grupo de aleaciones tiene buena resistencia a los impactos y a la biocontaminación.

Bronces al aluminio

Contienen de 5 a 12% de Al y tienen excelente resistencia a la corrosión por impacto y a la oxidación a alta temperatura. Los bronces al aluminio son usados para barras para golpes y para cuchillas en máquinas de pulpas de madera debido a su habilidad para resistir la abrasión mecánica y el ataque químico por soluciones de sulfatos.

En la mayoría de las aplicaciones comerciales, las características del bronce al aluminio se relacionan principalmente con el contenido de aluminio. Las aleaciones con más de 8% de Al normalmente tienen estructura alfa, cúbica centrada en las caras (FCC) y buena resistencia al ataque corrosivo. Según como el contenido de aluminio aumenta por arriba de 8%, aparecen las estructuras duplex alfa- beta. La fase beta es una fase de alta temperatura retenida a la temperatura ambiente, por un enfriamiento rápido desde 565 ºC o temperaturas más altas. Un enfriamiento lento después de una exposición prolongada a temperaturas en un rango de 320 a 565ºC, tiende a descomponer la fase beta en una frágil fase eutectoide alfa + gamma2, con estructura laminar o nodular. La fase beta es menos resistente a la corrosión que la fase alfa y las estructuras eutectoides son aún más susceptibles al ataque.

Dependiendo de las condiciones de ambientes específicos, la fase beta o la estructura eutectoide en el bronce al aluminio puede ser atacada selectivamente por un mecanismo similar al de la dezincificación de los latones. Un adecuado tratamiento térmico de temple y revenido de las aleaciones duplex, tales como las aleaciones C62400 y C95400 produce una estructura beta revenida con precipitados de cristales aciculares alfa, una combinación que a menudo es superior en resistencia a la corrosión a las estructuras normales recocidas.

Las partículas ricas en hierro se distribuyen como pequeñas partículas redondas o rosetas, a través de la estructura del bronce al aluminio que contienen más

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