Oxidacion De Materiales

1. INTRODUCCION

Los materiales están expuestos continuamente a los más diversos ambientes de interacción material-ambiente provoca, en muchos casos, la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del material. Los mecanismos de deterioro son diferentes según se trate de materiales metálicos, cerámicos o polímeros (plásticos). Así, en el hierro, en presencia de la humedad y del aire, setransforma en óxido, y si el ataque continúa acaba destruyéndose del todo. Desde el punto de vista económico, la corrosión ocasiona pérdidas muy elevadas.
En los materiales metálicos, el proceso de deterioro se llama oxidación y corrosión. Por otro lado, en los cerámicos las condiciones para el deterioro han de ser extremas, y hablaremos también de corrosión. Sin embargo, la pérdida de laspropiedades de los materiales polímeros se denomina degradación.

2. OBJETIVO

* Con este trabajo se pretenden dejar una idea muy clara, de lo que se trata la oxidación en los materiales. Para cumplir con dicho objetivo se tomara el capitulo 24 y 25 del libro Ingeneering materials de Michael Ashby.

1. OXIDACION DE MATERIALES

1.1 ENERGIA DE OXIDACION
La tendencia de muchos materiales areaccionar con oxigeno se puede cuantificar mediante ensayos de laboratorio en los que se mide la energía necesaria para que se produzca la siguiente reacción:
Material + Oxigeno + Energía Oxido del material

Si esta energía es positiva el material será estable, si es negativa, se oxidara.
En el siguiente diagrama 1.1 muestra las energías de formación de óxidos para cerámicas, metales,polímeros y compuestos.

2.2 TASAS DE OXIDACION

Al diseñar con materiales propensos a la oxidación, es de vital importancia conocer qué tan rápido sucede el proceso de oxidación. Intuitivamente se podría esperar que, cuanto mayor sea la energía liberada en el proceso de oxidación, más rápida será la tasa de la oxidación. Por ejemplo, uno podría esperar que el aluminio se oxide 2,5 vecesmás rápido que el hierro según los datos de energía diagrama 1.1.
Pero el aluminio se oxida mucho más lento que el hierro. ¿Por qué sucede esto? Si se calienta un pedazo de hierro brillante en una llama de gas, el oxígeno del aire, reacciona con el hierro en la superficie donde los átomos de oxígeno y el hierro tienen contacto, creando una fina capa de óxido de hierro en la superficie,tornando la plancha a un color negro. Al principio la capa crece en espesor, de forma rápida, y luego lentamente, porque los átomos de hierro tienen que difundir a través de la película antes de hacer contacto y reaccionar con el oxígeno.
Lo importante de la capa de oxido es que actúa de barrera, manteniendo el oxigeno separado de los átomos de hierro de manera tal que el proceso que da lugar a laformación de oxido de hierro se detiene considerablemente. El aluminio y mayoría de materiales forman capas de oxido que actúan de barrera ante la oxidación, exactamente de la misma manera pero la capa de oxido de aluminio es una barrera mucho más efectiva que la del oxido del hierro.

2.3 VELOCIDADES DE OXIDACION

Puesto que la oxidación ocurre por la adición de átomos de oxigeno a lasuperficie del material, normalmente al masa del material aumenta de manera proporcional a la cantidad de material que se ha oxidado. Este aumento de masa ∆m, puede seguirse en función del tiempo t. Normalmente se pueden observar dos tipos de comportamientos a altas temperaturas:
* Oxidación lineal:

∆m=klt
Donde kl es una constante cinética. Naturalmente kl es positiva. (En algunosmateriales el oxido se evapora tan pronto como se forma y el material pierde masa de forma que kl se hace negativa).
* Oxidación parabólica:
(∆m)2=kpt
Donde kp es otra constante cinética, esta vez siempre con valor positivo.
Por último, las tasas de oxidación, aumentan con el aumento de la presión parcial de oxígeno, aunque rara vez de una manera sencilla.
Al aumentar la temperatura la...