Tipos de metales que no se oxidan

Introducción

Los metales son omnipresentes en la industria moderna y la vida cotidiana, pero muchos son propensos a oxidarse al exponerse a la humedad o a ambientes con oxígeno, lo que afecta su apariencia y vida útil. Sin embargo, no todos los metales sufren de óxido. Algunos metales son naturalmente resistentes a la oxidación y la corrosión gracias a sus propiedades químicas únicas, lo que los hace ideales para aplicaciones duraderas.

Este artículo explorará las razones por las que los metales se oxidan, así como varios metales que no se oxidan fácilmente, incluyendo sus características, usos comunes y por qué son resistentes a la oxidación. En HYT, estamos seguros de que después de leer este artículo, podrá elegir el material metálico antioxidante adecuado para su proyecto.

Si aún tiene dudas sobre la elección de materiales metálicos para su proyecto, puede contactar directamente con el equipo de soluciones de HYT. Podemos ofrecerle soluciones profesionales de materiales metálicos según las necesidades de su proyecto.

¿Por qué se oxidan los metales?

Cuando hablamos del problema de la oxidación de los metales, nos referimos específicamente al de los metales ferrosos (para conocer la distinción y las características de los metales ferrosos y no ferrosos, consulte este artículo). Los metales ferrosos se refieren principalmente al hierro y a diversas aleaciones a base de hierro, mientras que las aleaciones a base de hierro más comunes son el hierro fundido y el acero. Su característica común es que todos tienen un alto contenido de hierro.

Cuando los metales ferrosos se exponen al oxígeno y la humedad, su contenido de hierro sufre una reacción de oxidación, cuyo principal producto es el óxido de hierro hidratado (Fe₂O₃·nH₂O), que suele ser una sustancia suelta de color marrón rojizo o naranja, también conocida como óxido. Aunque las estructuras de acero parecen resistentes a simple vista, las moléculas de agua pueden penetrar pequeñas grietas en el metal, lo que desencadena el proceso de corrosión. En presencia de sal, como el agua de mar, la corrosión se acelera. La exposición al dióxido de azufre y al dióxido de carbono también acelera el proceso de corrosión.

El óxido en el acero tiene muchos efectos negativos en el propio material. El óxido no solo reduce la resistencia y tenacidad del acero, reduciendo su capacidad de carga, sino que también forma picaduras de corrosión en la superficie, lo que provoca concentración de tensiones y acelera la generación de grietas por fatiga. Además, el óxido deteriora la planitud y la precisión dimensional de la superficie del acero, afectando el rendimiento de las piezas mecánicas. La capa de óxido también dificulta la adhesión de los recubrimientos anticorrosivos, lo que agrava aún más la corrosión. En un ambiente húmedo o corrosivo, el óxido puede continuar expandiéndose, provocando fallos estructurales o pérdida de funcionalidad, e incrementando los costos de mantenimiento y reemplazo.

¿Qué es la corrosión?

A menudo se ignora la diferencia entre la oxidación y la corrosión metálicas. De hecho, la oxidación metálica es un tipo de corrosión metálica. La corrosión metálica es un término amplio que se refiere al proceso en el que todos los metales se destruyen mediante reacciones químicas o electroquímicas, como la oxidación, la disolución, etc. La corrosión metálica se divide principalmente en corrosión química (corrosión seca) y corrosión electroquímica (corrosión húmeda) según su mecanismo de corrosión. El problema de la oxidación del hierro y sus aleaciones es un tipo de corrosión electroquímica.

Tipos de metales que no se oxidan

Abordar el problema de la oxidación del hierro y sus aleaciones es una tarea laboriosa, laboriosa y costosa. Por lo tanto, la mejor solución es elegir un proceso de tratamiento de superficies adecuado o utilizar metales resistentes a la oxidación. Si bien la oxidación se produce principalmente en metales ferrosos, también existen algunos tipos de metales ferrosos que no se oxidan fácilmente. Muchos metales no ferrosos también presentan una buena resistencia a la corrosión.
Los metales comunes que no se oxidan incluyen:

Metales ferrosos y tratamientos superficiales:

Acero corten o acero resistente a la intemperie
Acero inoxidable
Acero galvanizado

Metales no ferrosos:

Aluminio
Cobre
Bronce
Latón
Oro, Plata, Platino
Estos metales se eligen no solo por su resistencia a la oxidación, sino también por su durabilidad, facilidad de mantenimiento y capacidad para soportar condiciones ambientales adversas. Elegir el metal adecuado puede prolongar la vida útil de una estructura o producto y reducir los costos a largo plazo asociados con la reparación, el reemplazo o el mantenimiento.

Acero corten o acero resistente a la intemperie

El acero corten, también conocido como acero corten, se refiere a sus dos características principales: resistencia a la corrosión (COR) y resistencia a la tracción (TEN). El acero corten contiene diversos componentes de aleación, como cobre, cromo, manganeso, etc., siendo el cobre el componente más importante.

En las primeras etapas de uso del material, al exponerse al aire y la humedad, el acero corten se oxida y oxida como el acero al carbono común. Sin embargo, al estar expuesto a diversos ciclos ambientales, se forma una capa protectora de óxido estable y densa, la pátina, en la superficie del material. La pátina impide que la humedad y el oxígeno del ambiente penetren en el acero, lo que ralentiza su oxidación.

Además, la formación de pátina del acero resistente a la intemperie se puede acelerar mediante un tratamiento de preoxidación del acero resistente a la intemperie en la fábrica para reducir el impacto de los factores ambientales sobre el acero después de que el material se pone en uso.

Acero inoxidable

El acero inoxidable es un material muy común y también un acero de aleación. La composición de la aleación del acero inoxidable incluye al menos cromo 11%. El cromo, elemento presente en el acero inoxidable, tiene mayor actividad metálica y es más propenso a reaccionar con el oxígeno que el hierro. Por lo tanto, antes de que el hierro entre en contacto con el aire, el cromo reacciona primero con el oxígeno para formar una película pasiva estable y densa sobre la superficie del material. El componente principal de esta película es Cr₂O₃. El óxido de cromo puede impedir que el oxígeno, la humedad y los iones de cloruro penetren y corroan el material.

El óxido de cromo posee cierta capacidad de autorreparación en la mayoría de los entornos corrosivos convencionales. Sin embargo, en condiciones de trabajo más severas, como entornos con alto contenido de cloro, el óxido de cromo presente en la superficie de algunos aceros inoxidables se destruye, provocando la oxidación del material base. En este contexto, es necesario elegir aceros inoxidables con mayor contenido de cromo, como el 316, el 321, el acero inoxidable dúplex 2205, etc., que incorporan elementos de aleación como molibdeno y níquel. Estos nuevos elementos de aleación confieren a estos aceros inoxidables una mayor resistencia a la oxidación.
Los materiales de acero inoxidable se utilizan ampliamente en muchas industrias de alta demanda, como la energía, la océano y la perforación, debido a su alta limpieza biológica, resistencia, resistencia a la corrosión y resistencia estructural.

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Acero galvanizado

El acero galvanizado es un acero con un recubrimiento especial en la superficie. Al recubrir con una capa de zinc la superficie del acero o el hierro, se puede mejorar la resistencia a la oxidación de los productos metálicos.

El acero galvanizado es un tipo de acero con un recubrimiento especial en la superficie. Al recubrir la superficie del acero o hierro con una capa de zinc, se puede mejorar la resistencia a la oxidación de los productos metálicos.

El zinc tiene una mayor actividad metálica que el hierro. En un ambiente húmedo o corrosivo, la capa de zinc de la superficie se oxida primero, formando una capa protectora. El componente principal de esta capa protectora es ZnO o ZnCO₃. Esta capa protectora puede evitar que el acero y el hierro se corroan por el oxígeno y la humedad. Este mecanismo se denomina protección de ánodo de sacrificio.

En comparación, aunque el cobre, el níquel y otros metales también pueden utilizarse como materiales de recubrimiento, su actividad metálica es menor que la del hierro. Una vez dañado el recubrimiento, el hierro reacciona con el oxígeno antes que el cobre, el níquel y otros materiales. El material base aún presenta problemas de oxidación, y el costo de estos recubrimientos metálicos es relativamente alto.

Incluso si la capa de zinc se daña, el zinc restante reaccionará primero con el oxígeno para formar una capa protectora, evitando así la oxidación del material, lo que prolonga el tiempo de prevención de la oxidación. Por lo tanto, considerando factores como el costo y el entorno de uso, la galvanización es un proceso de tratamiento superficial antioxidante muy rentable y ampliamente utilizado.

El acero galvanizado se produce principalmente mediante galvanizado por inmersión en caliente (HDG) y electrogalvanizado (EG).

La principal diferencia entre estos dos procesos de galvanización es que la galvanización por inmersión en caliente sumerge directamente el material en zinc líquido fundido (más de 450 °C) para formar una capa de zinc más gruesa, por lo que tiene una fuerte resistencia a la oxidación y puede garantizar una resistencia a la oxidación a largo plazo, lo que es adecuado para aplicaciones en entornos exteriores hostiles;

El electrogalvanizado forma una capa delgada pero uniforme de zinc sobre la superficie metálica mediante deposición electrolítica. Si bien esta capa de zinc es relativamente delgada y presenta poca resistencia a la oxidación, es relativamente lisa y presenta una mejor estética, por lo que es adecuada para la producción de pequeñas piezas de precisión.

Bajo la misma unidad de área, el costo del proceso de galvanizado por inmersión en caliente es menor que el de electrogalvanizado, por lo que es más adecuado para la producción a gran escala.

Aluminio

El aluminio es el tercer elemento más abundante después del oxígeno y el silicio. Es un metal con reservas muy abundantes y amplias aplicaciones. El aluminio no contiene hierro, y en la mayoría de los casos, este no interviene en su fundición ni en su procesamiento, por lo que no se oxida. Además, el aluminio reacciona con el oxígeno para formar una fina capa anticorrosiva, el óxido de aluminio, que protege el metal de la corrosión hasta cierto punto. A diferencia del óxido, que se desprende del material base, el óxido de aluminio no lo hace. El óxido de aluminio puede proteger el material base de la corrosión causada por factores ambientales durante mucho tiempo.

El aluminio no se oxida y posee una excelente resistencia a la corrosión y una excelente relación resistencia-peso, por lo que muchas piezas de aeronaves y automóviles se fabrican con aluminio. Sin embargo, el aluminio tiene baja resistencia a la tracción, por lo que generalmente se alea con otros elementos (como cobre, magnesio, silicio y manganeso) para mejorar sus propiedades mecánicas.

Metales rojos: latón, cobre, bronce

Los metales rojos son el latón, el cobre y el bronce. Su composición química principal es prácticamente nula, por lo que no se oxidan.

Cobre

El cobre es un metal natural y uno de los pocos que existe directamente en la naturaleza en forma metálica. El cobre no contiene hierro, por lo que no se oxida de forma natural, pero se oxida gradualmente en el aire. En las primeras etapas de la oxidación del cobre, el color de la superficie del cobre se oscurecerá de un color naranja rosado a un color negro parduzco o marrón oscuro. Esto se debe principalmente a que los productos iniciales de la oxidación del cobre son óxido de cobre y óxido cuproso, que son rojos y negros respectivamente. Pueden proteger el material de la matriz de cobre de la corrosión y no se desprenderán del material de la matriz. Con el tiempo, el bronce se oxidará aún más con oxígeno para producir Cu₂(OH)₂CO₃, que es verde o azul verdoso, lo que se conoce como cardenillo, por lo que a menudo vemos una película verde en las estructuras de cobre viejas.

Bronce

El bronce no es un metal natural, sino una aleación de cobre que generalmente contiene cobre 88% y estaño 12%. El bronce no contiene hierro y, por lo tanto, no se oxida. Los cambios en la reacción de oxidación del bronce son similares a los del cobre, por lo que no los repetiré aquí. Sin embargo, si las condiciones de trabajo son demasiado duras y hay sustancias ácidas en el ambiente, puede causar la "enfermedad del bronce", que se debe a que los cloruros en el ambiente ácido reaccionan con el cobre para producir CuCl₂, lo que hace que el material de la matriz se vuelva quebradizo y reduce las propiedades mecánicas. El bronce es más blando que el cobre puro y tiene buena tenacidad. El bronce se utiliza a menudo para producir diversas esculturas, instrumentos musicales, componentes arquitectónicos y aplicaciones marinas.

Latón

El latón es una aleación de cobre y zinc. Aunque también contiene algo de hierro, es muy fino, por lo que tampoco se oxida. La reacción de oxidación del latón es similar a la del cobre, por lo que no entraré en detalles. El latón tiene un color similar al oro, buena apariencia, resistencia y ductilidad, por lo que se utiliza a menudo como materia prima para decoraciones, instrumentos musicales, artículos para el hogar y otros productos.

Oro, Plata, Platino

El oro, la plata y el platino se consideran metales preciosos. Son metales puros y no contienen hierro, por lo que no se oxidan. Además, no son propensos a reacciones de oxidación.

Conclusión

Al seleccionar materias primas metálicas para un proyecto, solemos prestar atención a si se oxidarán primero, pero como se explicó anteriormente, la oxidación es solo un tipo de corrosión. Si bien los metales mencionados no se oxidan, se ven afectados por otros factores ambientales y producen diversos fenómenos de corrosión. Estas corrosiones reducen la resistencia estructural y las propiedades mecánicas de los productos metálicos, lo que conlleva graves riesgos de seguridad.

Por lo tanto, al elegir materiales metálicos, debemos considerar integralmente múltiples factores. Desde la perspectiva de las condiciones de aplicación, debemos considerar la humedad, el pH, la temperatura, los cambios electroquímicos, las condiciones de tensión física, etc.; desde la perspectiva del proyecto general en el que se ubican los materiales metálicos, debemos considerar integralmente factores como el costo de mantenimiento y la vida útil de las instalaciones.

Por ejemplo, en aplicaciones marinas, los entornos corrosivos agresivos son condiciones de trabajo más comunes, por lo que un material con excelente resistencia a la corrosión, como los materiales de acero inoxidable 316 y dúplex 2205, sería una mejor opción; en la producción de productos como automóviles y aviones, debemos tener en cuenta tanto el ahorro de combustible como la resistencia estructural, por lo que elegiremos aleación de titanio, un material con una excelente relación resistencia-peso; y en aplicaciones de alta temperatura y alta presión, daremos prioridad a las aleaciones a base de níquel, un material que puede mantener buenas propiedades mecánicas a alta temperatura y alta presión.

Las condiciones de trabajo en las aplicaciones industriales son diversas. Si no sabe qué material elegir, póngase en contacto con nuestro equipo técnico de HYT. Nos comprometemos a ofrecer a nuestros clientes soluciones integrales de materiales metálicos para ayudarles a reducir tiempo y costes, y a mejorar la seguridad y la rentabilidad de su proyecto.