Comportamiento Corrosivo de Distintas Aleaciones Metálicas y

Transcripción

UNEXPO. Ortiz Bárbara, Gil Linda. Comportamiento Corrosivo de Aleaciones Metálicas y Sistemas de Recubrimientos
Poliméricos en Atmósferas Marino - Industrial.
294
Comportamiento Corrosivo de Distintas
Aleaciones Metálicas y Sistemas de
Recubrimientos Poliméricos en Atmósferas
Marino - Industrial
Ortiz Bárbara1, Gil Linda2
[email protected], [email protected]
Centro de Estudios de Corrosión-Unexpo

Resumen— El propósito de esta investigación abarca la
evaluación y determinación del comportamiento corrosivo de
aleaciones de acero al carbono, acero galvanizado, acero inoxidable,
aluminio y cobre, así como de tres sistemas de recubrimientos
poliméricos frente a la atmósfera Marino – Industrial de una
subestación eléctrica. Para esto se siguieron los procedimientos
descritos en las normas ISO 9223-9226, ASTM G46 e ISO 4828. Los
resultados demostraron que el proceso corrosivo de los metales en la
subestación se rige por una corrosividad atmosférica C3 como
consecuencia de categorías de sulfatación y salinidad atmosférica S1
y P1, respectivamente, tanto como tiempos de humectación de
categoría 4. Los metales más afectados en este ambiente son el
acero al carbono y cobre, con pérdidas de peso de 112,14 μm/a y 3,36
μm/a respectivamente, mientras que la menor pérdida de peso
registrada fue la del acero inoxidable con 0,36 μm/a. El sistema de
recubrimiento de mejor desempeño corresponde a un sistema epóxico
con curado de poliaminoamidas que presenta buenas propiedades
anticorrosivas frente a la agresividad atmosférica, comparado al resto
de los sistemas evaluados, los cuales desarrollan fallas tales como
herrumbrado, pérdida de adherencia, deslaminación y tizamiento.
Palabras Claves—categorías de corrosividad atmosférica,
corrosión atmosférica, sistemas de recubrimientos poliméricos.
I. INTRODUCCIÓN
La corrosión atmosférica es un proceso de naturaleza
electroquímica que se manifiesta por la degradación de un
material expuesto a un medio ambiente corrosivo. Tiene lugar
en una celda formada por un metal base, productos de
corrosión, una superficie húmeda electrolítica y la atmósfera,
además, se ve afectada por la acción de variables atmosféricas
como humedad relativa, precipitaciones, temperatura,
contaminantes atmosféricos, polvo, ubicación geográfica e
incluso la posición del metal expuesto exhibe una marcada
influencia en el comportamiento corrosivo. El fenómeno de
corrosión frente a la atmósfera ha sido tema de numerosas
investigaciones para su prevención y control debido a las
pérdidas económicas que genera, más de los 50%, imputables
a la corrosión metálica [1].
La corrosividad atmosférica, habilidad que posee una
X Jornadas de Investigación 2012
atmósfera para causar corrosión en un sistema dado (ISO
9223, 1992); genera importancia por la diversidad de
atmósferas corrosivas existentes, que al combinarse hacen al
proceso aún más agresivo. Los tipos de atmósferas conocidos
son cinco (5): rurales, urbanas, industriales, marinas y mixtas;
siendo ésta última la coexistencia de varias atmósferas. La
clasificación de la corrosividad, según las Normas ISO, puede
determinarse de dos (2) formas: en términos ambientales, en
función los contaminantes atmosféricos principales (sulfatos y
cloruros) y el tiempo de humectación, así como en términos de
la velocidad de corrosión de muestras metálicas estándar.
Las muestras metálicas estándar generalmente estudiadas
incluyen las aleaciones de acero al carbono, zinc, cobre y
aluminio debido a su amplia aplicación en la fabricación de
estructuras que operan a la intemperie. También se han
realizado estudios de corrosión atmosférica en aceros
inoxidables con el fin de ampliar la información sobre la
morfología de ataque que desarrolla, aunque actualmente en la
normativa no existe una clasificación para la corrosividad en
este tipo de material.
Los sistemas de recubrimientos son empleados como
técnicas de protección anticorrosiva en los metales expuestos
al desnudo, de modo que se puedan prevenir fallas y alargar su
tiempo vida útil. Los sistemas de recubrimientos poliméricos
de son de fácil aplicación y mantenimiento, presentan una
relación costo-beneficio muy atractiva y son versátiles, lo que
los hace óptimos para su uso en distintas áreas de trabajo, pero
su comportamiento frente a la atmósfera también depende de
factores como el tiempo de humectación de la superficie
pintada y la contaminación. Su estabilidad es afectada por la
acción de la luz solar (en particular la radiación ultravioleta),
el ozono, la acción microbiológica, erosión, entre otros. De
esta manera, pueden sufrir fallas y desgastes que dificultan su
rendimiento, por lo cual, organizaciones como ISO, ASTM y
NACE han establecido diversas normas que sirven como
herramientas para la realización de ensayos para la evaluación
de las distintas fallas, brindando un apoyo en la selección de
sistemas de recubrimientos adecuados.
II. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
A. Población y Muestra
La población de estudio incluyó cinco (5) aleaciones
metálicas: acero al carbono 1020, acero 1010 galvanizado,
acero inoxidable 304, aluminio 3003 y cobre electrolítico
15720; así como tres (3) sistemas de recubrimiento
poliméricos: Sistema A, capa fondo de cinc, capa intermedia
de epoxiamida y capa de acabado de poliuretano; Sistema B,
recubrimiento de dos componentes en base a resina epóxica y
curado de poliaminoamida y Sistema C, recubrimiento de
epoxi-vinil-éster modificado con elastómeros de vidrio; los
cuales fueron aplicados en cuatro (4) sustratos metálicos,
constituidos por las aleaciones anteriormente mencionadas,
excepto el cobre.
La muestra está formada por 5 placas de las aleaciones
metálicas ya referidas al desnudo y doce (12) placas metálicas
recubiertas con los 3 sistemas de recubrimiento; 3 grupos de 4
sustratos distintos. En las Tablas I y II se muestra la cantidad
total de placas y la nomenclatura asignada a cada una para su
identificación. Las dimensiones de éstas fueron de 100 x 150
mm, con un espesor promedio de 3 mm.
TABLA I
CANTIDAD Y NOMENCLATURA DE PLACAS DE ALEACIONES METÁLICAS
Aleación
Cantidad
Nomenclatura
Acero al Carbono
Acero Galvanizado
Acero Inoxidable
Aluminio
Cobre
TOTAL
1
1
1
1
1
5
A3
AG3
AI3
AL2
Cu2
-
RECUBRIMIENTOS POLIMÉRICOS
A
B
C
Aleación
Acero al Carbono
Acero Galvanizado
Acero Inoxidable
Aluminio
Acero al Carbono
Acero Galvanizado
Acero Inoxidable
Aluminio
Acero al Carbono
Acero Galvanizado
Acero Inoxidable
Aluminio
TOTAL
Cantidad
Nomenclatura
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
12
AA7
AG7
AI7
AL7
BA2
BG7
BI7
BAL7
CA5
CG5
CI5
CAL5
-
Las aleaciones metálicas y los sistemas de recubrimientos
permanecieron expuestos a la intemperie en un banco de
ensayo ubicado en la subestación eléctrica, por un período de
25 y 26 meses respectivamente.
La selección de materiales y dimensiones se realizó según
lo estipulado en la serie de normas ISO 9223-9226 empleadas
para la clasificación de la corrosividad de las atmósferas.
Para la caracterización atmosférica se emplearon datos de
deposición de sulfatos y cloruros, así como el tiempo de
humectación, recolectados durante 25 meses, bajo el
procedimiento de la norma ISO 9225; en dos estaciones de
ensayo: “estación meteorológica”, instalada al nivel del suelo,
cercana al banco de exposición de placas, y “estación pórtico”
ubicada a 12 metros de altura aproximadamente respecto a la
“estación meteorológica”.
B. Procedimiento Experimental
Evaluación de Datos Atmosféricos
Los datos de deposición de sulfatos y cloruros, tiempo de
humectación, humedad relativa, precipitaciones, temperatura
así como velocidad de viento recolectados, fueron
promediados y clasificados según los rangos establecidos en la
norma ISO 9223.
Evaluación de Placas Metálicas
Las muestras de las aleaciones metálicas desnudas fueron
sometidas tanto a una inspección visual sin aumento antes de
su exposición como a microscopía estereoscópica después de
su desmontaje y decapado, esto, con el fin de analizar la
morfología de ataque desarrollada durante el proceso
corrosivo. Además, fue calculada la velocidad de corrosión
mediante el procedimiento descrito en la norma ISO 9226,
para cada una de las placas metálicas expuestas por 25 meses
y comparado con resultados obtenidos a los 3, 7, 12 y 18
meses de exposición.
Evaluación de Sistemas de Recubrimientos Poliméricos
El frente de exposición de cada una de las placas recubiertas
fue examinado antes de su exposición mediante inspección
visual sin aumento. Luego del desmontaje, fueron evaluadas
con lupa estereoscópica y los siguientes ensayos:
TABLA II
CANTIDAD Y NOMENCLATURA DE PLACAS CON SISTEMAS DE
Sistema de
Recubrimiento
295
- NACE SSPC-PA2: Medición de Espesor de Película Seca.
- ISO 4628-1: Evaluación de Condición Superficial.
- ISO 4628-3: Evaluación de Grado de Herrumbre.
- ISO 4628-5/ASTM D 3359: Evaluación de Grado de
Deslaminación/ Evaluación de Grado de Adherencia.
- ASTM D 3274: Evaluación del grado de deterioro por
crecimiento de hongos o acumulación de polvo y suciedad.
- ISO 4628-2: Evaluación del Grado de Ampollamiento.
- ISO 4628-6: Evaluación de Grado de Tizamiento.
- Grado de Daño en Incisión: se realizó una incisión en la
superficie pintada para observar la interacción del metal base y
el sistema de recubrimiento, la evaluación se hizo teniendo en
cuenta las normas ISO 4628.
A partir de los resultados encontrados en cada ensayo, se
estableció una escala numérica de desempeño, la cual incluye
las calificaciones de: malo (1), deficiente (2), regular (3),
bueno (4) y excelente (5), y con ella se calificó la conducta de
cada recubrimiento. Los puntajes fueron sumados y aquel que
resultara con la mayor calificación se consideró como el
sistema de recubrimiento polimérico con el mejor
comportamiento durante el tiempo de exposición. Se
compararon los resultados para 18 y 26 meses.
296
X
HR
(%)
X
430, 20
26,97
Σ
Meteorológica
12, 653
Pórtico
15,473
Velocidad
Deposición
Cl(mg/m2.d)
P1
13,952
S1
P1
22,757
S1
Meteorológica
16,045
P1
14,961
S1
Pórtico
17,632
P1
22,338
S1
3,67
4560,88
Meteorológica
16,93
P1
10,67
S1
Pórtico
19,35
P1
15,10
S1
13,60
27,41
2,13
4667,82
78,75
442,7
28,04
2,07
2430,92
La humedad relativa más alta se registró en el año 2008,
con un porcentaje del 83%, valor determinante en el proceso
de corrosión, tiempo de humectación y en la captación de
contaminantes suspendidos en el aire, pues se sabe que una
humedad relativa mayor al 80% da inicio a la corrosión en la
mayoría de los metales expuestos en atmósferas con alta
polución. En este caso, la atmósfera marina-industrial, rica en
cloruros y con presencia de gases industriales.
En el año 2009, la humedad relativa presentó un nivel alto,
a pesar de la poca presencia de lluvias (sólo 13,60 mm en el
año), ya que la aparición de rocío y neblina mantiene un
TDH
(h/a)
4560,88
τ4
4667,82
τ4
2430,92
τ3
AÑO 2009
TDH
(h/a)
78,51
Estación
Velocidad
Deposición
SO2
(mg/m2.d)
Velocidad
Viento
(m/s)
2009
83, 35
Σ
Precipitación Temperatura
(mm)
(°C)
X
2010
2008
Año
TABLA III
FACTORES CLIMATOLÓGICOS DE LA SUBESTACIÓN. PERÍODO 2008-2010.
TABLA IV
CLASIFICACIÓN DE CONTAMINANTES AEROQUÍMICOS Y TIEMPO DE
HUMECTACIÓN. PERÍODO 2008-2010.
AÑO 2008
Categoría
La atmósfera de la subestación, calificada del tipo MarinoIndustrial, se encuentra a pocos kilómetros de un complejo
industrial petrolero cuyos procesos impulsan la contaminación
del aire a través de la emisión de gases químicos altamente
nocivos y favorecedores de la corrosión, entre ellos SO2.
Además, se ubica a orillas del Mar Caribe, que la expone a los
vientos marinos que arrastran consigo, cloruros, sales y
aerosoles durante todas las épocas del año.
En trabajos anteriores [2]-[4], se ha determinado que los
principales agentes aeroquímicos contaminantes de la
atmósfera de esta subestación, y que aceleran la iniciación de
los procesos corrosivos en sus estructuras y equipos metálicos
son justamente los sulfatos y cloruros.
Sin embargo, existe otro parámetro, el cual es el principal
desencadenante del proceso corrosivo y es la humedad relativa
(HR) de una atmósfera. Cuando esta es mayor o igual al 80%
se dice que en ese momento, junto a la presencia de
contaminantes, se da inicio al ataque corrosivo. La humedad
relativa es dependiente a su vez de factores como las
precipitaciones, presencia de rocío, de neblina, la temperatura
y la velocidad del viento; igualmente, influencia la duración
del tiempo de humectación (TDH).
En la Tabla III se presentan los parámetros climatológicos
promedio de la subestación, que desde el año 2008 hasta el
2010 han favorecido el desencadenamiento de la corrosión.
Categoría
A. Clasificación de la corrosividad atmosférica de la
subestación en función de los contaminantes aeroquímicos y
parámetros meteorológicos
porcentaje de humedad significante, lo cual también es
favorecido por las temperaturas promedio de 27°C y las bajas
velocidades del viento a 2 m/s.
Durante el período del año 2010, se observó el mismo
comportamiento. La humedad relativa presentó valores muy
próximos a los valores críticos, favoreciendo los altos tiempos
de humectación a temperaturas templadas de 28°C y
moderadas velocidades del viento a 2,07 m/s que favorecen la
condensación de rocío y neblina en tiempos de ausencia de
lluvias.
En la Tabla IV se muestran las categorías de clasificación
de la velocidad de deposición de los principales contaminantes
atmosféricos (SO2, Cl-) y del tiempo de humectación, para el
período 2008-2010, en las dos estaciones de ensayo:
Meteorológica y Pórtico.
Categoría
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
AÑO 2010
En dicha tabla se observa que para los años 2008, 2009 y
2010 fueron registradas velocidades de deposición de SO 2 y
cloruros (Cl-) calificadas como P1 y S1 respectivamente,
siendo fuertemente influenciado por el tiempo de humectación
anual, que a su vez se categoriza como τ4 (años 2008 y 2009)
y τ3 para la fecha de desmontaje de las placas evaluadas en
esta investigación.
El mismo tiempo de humectación depende de la formación
de películas acuosas a humedades relativas mayor al 80% por
el estancamiento de rocío, lluvias y neblina condensada,
favoreciendo al mismo tiempo el depósito de lluvias ácidas y
gases con contenido de SO2, sales de Cl- tanto como polvo
atmosférico higroscópico, los cuales permanecen en las
superficies húmedas de los materiales, durante el período en el
297
que consecutivamente se disuelven, reaccionan químicamente
e inician el ataque corrosivo.
En las Figuras 1 a 4, se ilustra la influencia de las
precipitaciones y la velocidad del viento en la velocidad de
deposición de sulfatos y cloruros.
Fig. 3. Influencia de las precipitaciones y velocidad del viento en la
deposición de Cloruros. Período: 2008 – 2009. 3
Fig. 1. Influencia de las precipitaciones y la velocidad del viento en la
deposición de SO2. Período: 2008 – 2009.3
Fig. 4. Influencia de las precipitaciones y velocidad del viento en la
deposición de Cloruros. Período: 2010.
Fig. 2. Influencia de las precipitaciones y la velocidad del viento en la
deposición de SO2. Período: 2010.
En las Figuras 1 y 2 se observa que durante los años 20082010, la mayor deposición de SO2 en la Estación
Meteorológica ocurrió en los períodos de Marzo-Abril 2009 y
Abril-Mayo 2010, ambos con velocidades de deposición de 24
mg/m2.d, mientras que las menores velocidades se
presenciaron en el mes de Septiembre de 2008 con 3 mg/m2d.
En la Estación Pórtico, el valor más alto se registró en el mes
de Febrero 2010 con 29 mg/m2.d y el menor en el mes de
Septiembre de 2009 con una deposición de SO2 de 5,9
mg/m2.d. Se aprecia que en épocas de lluvias y en su ausencia,
existe una significativa deposición de sulfatos, favorecido por
las emisiones gaseosas con compuestos de azufre de los
procesos industriales aledaños, por los vientos preferenciales a
velocidades moderadas, temperaturas templadas y una alta
humedad relativa.
Los sulfatos benefician la formación de un electrolito de
ácido sulfúrico que desencadena los procesos corrosivos en las
superficies de los metales en atmósferas con HR ≥ 80%,
originando productos higroscópicos que captan con mayor
fuerza el SO2, prolongando así la degradación.
En el caso de los cloruros, las mayores velocidades de
deposición se registraron tanto en el mes de Febrero 2009 con
100 mg/m2.d, caso atípico registrado ese año y del cual se
realizaron varias lecturas encontrando siempre el mismo
resultado; así como en el período Enero – Marzo de 2010 con
velocidades de 23 mg/m2.d y 25 mg/m2.d. Estos valores
declinan en los meses de Junio y Noviembre de 2008 y en el
mes de Mayo de 2010, con velocidades de deposición de hasta
5 mg/m2.d. En la Estación Meteorológica la mayor deposición
de cloruros ocurre en los meses de Febrero con 31 mg/m2.d y
30 mg/m2.d en los años 2008 y 2009, y la menor en el mes de
Mayo de 2010 con 6 mg/m2.d.
La subestación al estar ubicada frente al Mar Caribe, recibe
directamente la bruma salina y los aerosoles marinos
transportados a través del aire, esto favorece la formación de
películas de cloruros durante las épocas de sequía, sin
embargo en períodos lluviosos estas películas son lavadas
debido a que suelen ser muy frágiles. Por esto en las Figuras 3
y 4 se observa que anterior y posterior a los meses lluviosos, la
deposición de cloruros se mantiene constante, pues las épocas
de sequía y humedad promovieron el asentamiento de las sales
que captan fácilmente otros contaminantes.
A pesar de esto, los valores de velocidad de deposición de
cloruros en la subestación tienden a ser bajos (categoría S1),
por lo que los procesos corrosivos en este tipo de atmósfera
tienen ocurrencia debido a la sinergia entre sulfatos y cloruros
que forman electrolitos corrosivos muy agresivos sobre los
metales, característicos del medio ambiente marino-industrial
circundante.
298
Clasificación de corrosividad según aleaciones metálicas
Las categorías para contaminantes atmosféricos y tiempo de
humectación pautadas por la Norma ISO 9223 permiten
realizar la clasificación de corrosividad para metales
individuales. De esta manera, a partir de los resultados
obtenidos en la primera parte de esta sección y en relación a lo
descrito en la norma, se muestra la Tabla V, con la
clasificación para las aleaciones estudiadas en la presente
investigación.
Parámetro
Atmosférico
Categoría
TABLA V
CLASIFICACIÓN DE CORROSIVIDAD SEGÚN PARÁMETROS ATMOSFÉRICOS
PARA ALEACIONES METÁLICAS.
SO2
P1
Cl-
S1
TDH
τ4
Clasificación de Corrosividad para Aleaciones
Acero al
Carbono
Acero
Galvanizado
Aluminio
Cobre
C3
C3
C3
C3
Se puede observar que todas las aleaciones metálicas
califican con una corrosividad “C3” (media) frente a la
atmósfera de la subestación, confirmando el efecto corrosivo
de este ambiente sobre las diferentes estructuras metálicas.
Se observó la similitud que guardan estos resultados con los
obtenidos en la elaboración de los mapas de corrosividad de
Venezuela del Proyecto MICAT, en una estación ubicada en el
estado Anzoátegui (al igual que la subestación bajo estudio).
En dicho trabajo, se determinó que la atmósfera de la estación
Barcelona presentaba un nivel de corrosividad “C3”, según los
parámetros meteoroquímicos evaluados, debido a la poca
presencia de lluvias, pero una pronunciada deposición de sales
suspendidas en el aire [4].
B. Determinación de la velocidad de corrosión de
aleaciones metálicas según ISO 9226
En la Figura 5 se muestran los resultados del cálculo de la
velocidad de corrosión para el acero al carbono, acero
galvanizado, acero inoxidable, aluminio y cobre, después de
25 meses de exposición. Se observa que el metal con mayor
degradación es el acero al carbono, con una velocidad de
corrosión de 112,14 µm/a, seguido por el cobre (3,36 µm/a),
luego el acero galvanizado (2,27 µm/a) y finalmente el
aluminio y acero inoxidable con velocidades de corrosión de
0,96 µm/a y 0,36 µm/a, respectivamente.
Los principales agentes que influyen en el proceso
corrosivo de las muestras expuestas son los sulfatos y cloruros
que como fue señalado en el punto anterior, hacen presencia
debido a la ubicación geográfica, por lo cual ocurre un efecto
sinérgico entre estos dos contaminantes aeroquímicos, que
favorece la iniciación de la corrosión y la consecuente
aceleración de los mecanismos de ataque en las distintas
aleaciones metálicas.
Fig. 5. Velocidad de corrosión de las aleaciones metálicas expuestas
por 25 meses. (*Valor dividido entre 10)
Velocidad de Corrosión del Acero al Carbono
El acero al carbono es el metal más afectado, ya que el
hierro contenido es altamente susceptible al contacto con el
oxígeno y la humedad. Su velocidad de corrosión aumenta
mucho más al encontrarse en un ambiente donde se forman
electrolitos agresivos (sinergia SO2 - Cl-), ideal para la
ocurrencia de la corrosión y la formación de productos que
fortalecen aún más el electrolito del proceso de degradación.
De esta manera, el deterioro del acero al carbono es creciente
y progresivo a lo largo del tiempo de exposición en atmósferas
del tipo marino–industrial.
En la Figura 6 se puede observar la conducta del acero en a
través del tiempo, donde se aprecia la acelerada velocidad de
corrosión que ocurre de 3 a 7 meses (de 0,94 a 49 µm/a),
luego la entrada a un período de estabilidad hasta los 12 meses
(48 µm/a), para luego incrementarse entre los 18 y 25 meses
(110, 31 y 112, 14 µm/a), manteniéndose a partir de ese
momento una velocidad de corrosión uniforme.
Fig. 6. Velocidad de corrosión del acero al carbono a través del tiempo.
Probablemente, los productos de corrosión hicieron el
proceso más lento en los primeros meses de exposición,
debido a la formación de oxihidróxidos (productos de
corrosión del acero al carbono) resistentes que retardan el
inicio de la corrosión. Estos productos también presentan un
carácter poroso que les permite captar y mantener fácilmente
la humedad así como partículas de sulfatos y cloruros, que al
diluirse, reaccionan y desencadenan el proceso corrosivo.
Morfología de Ataque del Acero al Carbono
En la Figura 7 se aprecian las condiciones iníciales y finales
de la muestra. A los 25 meses se observa completamente
cubierta por una espesa capa de productos de corrosión de
299
color marrón negruzco.
Fig. 9. Velocidad de corrosión del acero galvanizado a través del tiempo.
Fig. 7. Placa de Acero al Carbono. Izquierda: Inicio de exposición.
Derecha: 25 meses de exposición.
La tonalidad de los productos de corrosión se debe a la
formación de hidróxidos de hierro, lo que es usual en contacto
con este tipo de atmósferas. Esta película es porosa y
desprotege la superficie de metal base, favoreciendo la
captación de los contaminantes entre las cavidades, que junto
a la humedad forman un electrolito que acelera el proceso
corrosivo.
En la Figura 8 se observa una micrografía de la superficie
decapada de la placa de acero al carbono luego de 25 meses,
con morfología de ataque generalizada. La fuerte exfoliación
genera una superficie irregular que mantiene la forma cóncava
donde se depositaban las partículas de herrumbre.
Fig. 8. Superficie decapada de placa de acero al carbono luego de 25
meses de exposición. Aumento: 17X.
Velocidad de Corrosión del Acero Galvanizado
En la Figura 9 se puede observar como el acero galvanizado
desarrolla del tercer al séptimo mes, una rápida velocidad de
corrosión (de 0,18 a 1,1 µm/a) por efecto sinérgico de sulfatos
y cloruros, que destruye fácilmente la película protectora de
hidróxido de zinc recien formada. Al alcanzar el primer año de
exposición, disminuye esta velocidad (0,7 µm/a) e incrementa
nuevamente a partir de los 18 meses (2,03 µm/a).
A los 12 meses de exposición se observa la acción
protectora de una película pasiva formada de manera más
estable y reconstruida con el cinc que todavía se mantiene en
recubrimiento metálico. A los 18 meses, inician las épocas de
lluvia afectando la permanencia de la película pasica, de
manera que los contaminantes químicos disueltos provocan
una reacción química que deteriora y lixivian toda la capa
pasiva, repitiendose el mismo proceso anterior.
Para este momento, ya las distintas fases del cinc han sido
afectadas por el constante cambio de clima, por lo tanto, el
incremento en la velocidad de corrosión observada a los 25
meses de exposición, (2,27 µm/a), indica que la superficie del
metal base de acero al carbono, se encuentra sin protección
aparente del recubrimiento de cinc, debido a su actuación
como ánodo de sacrificio que al consumirse por completo
determina el fin de su tiempo de vida útil.
Morfología de Ataque del Acero Galvanizado
En la Figura 10 se muestran las condiciones iníciales y
finales de la placa de acero galvanizado. Al cabo de 25 meses
de exposición, puede observarse como la superficie del metal
presenta un visible deslustrado debido a la humedad y la
deposición de contaminantes aeroquímicos.
Fig. 10. Placa de Acero Galvanizado. Izquierda: Inicio de exposición.
El acero galvanizado desarrolló una corrosión localizada en
forma con decincado, presentando ataques preferenciales entre
las distintas fases del recubrimiento, que fueron
desapareciendo dejando poco a poco al sustrato de acero al
carbono al desnudo como se aprecia en las Figuras 11 y 12.
Esto se debe a la acción de las sales básicas, que aunque en
un principio son fuertemente adherentes a la superficie
metálica y la protegen, al permanecer largos períodos en
ambientes húmedos origina un electrolito agresivo degrada el
material hasta consumirlo en cada regeneración de la capa
pasiva.
Fig. 11. Superficie de Acero Galvanizado. Aumento 11 X.
300
los daños por corrosión por picaduras, visibles claramente bajo
microscopía estereoscópica (ver Figura 15).
Fig. 12. Superficie de Acero Galvanizado. Aumento 40 X.
Velocidad de Corrosión del Acero Inoxidable
En la Figura 13 puede observarse el avance del deterioro de
la placa de acero inoxidable durante los primeros meses de
evaluación, alcanzando la velocidad de corrosión más alta;
3,15 μm/a, a los 12 meses de exposición, no en tanto, esta
pérdida es baja con respecto al del resto de los materiales ya
evaluados en la presente investigación y que resultan más
sensibles a deteriorarse atmosféricamente.
Fig. 13. Velocidad de corrosión del acero inoxidable a través del tiempo.
Este comportamiento se debe que la película pasiva que se
forma en la superficie se deteriora al reaccionar con los
contaminantes atmosféricos SO2 y Cl-, pero se lixivia en
períodos lluviosos, provocando la pérdida de peso del
material. Sin embargo, su cualidad regenerativa estimula la
constante recuperación de la película pasiva, por lo cual la
velocidad de corrosión presenta valores bajos.
En este caso, entre los 3 y 12 meses el acero inoxidable
enfrentó épocas lluviosas. Seguido por un período de sequía
que favorece la reconstrucción de la capa protectora
reduciéndose la velocidad de corrosión, observado en los
valores registrados a los 18 y 25 meses (0,17 y 0,36 μm/a).
Morfología de Ataque del Acero Inoxidable
El acero inoxidable desarrolla un mecanismo de corrosión
por picadura, originado por la destrucción localizada de la
película pasiva de óxido de cromo que se forma en la
superficie con el propósito de proteger a esta aleación de la
agresividad atmosférica.
En la Figura 14 se puede observar la placa de acero
inoxidable al inicio y final del período de exposición en la
atmósfera Marino-Industrial. Inicialmente se aprecia un acero
inoxidable uniforme y brillante, que al cabo de 25 meses
exhibe una superficie opaca, con dispersas manchas de óxido
y suciedad de forma puntual. En estas manchas se localizan
Fig. 14. Placa de Acero Inoxidable. Izquierda: Inicio de exposición.
Velocidad de Corrosión del Aluminio
El aluminio presenta velocidades de corrosión de tendencia
creciente cuando la película pasivante que forma en contacto
con la atmósfera, es afectada por un medio con pH bajo,
común en zonas donde coexisten los contaminantes
aeroquímicos sulfatos y cloruros.
Fig. 15. Superficie de Acero Inoxidable. Aumento 40 X.
En la Figura 16 se puede apreciar la lenta velocidad de
corrosión experimentada por la placa de aluminio a los 3
meses de exposición en la subestación, para luego
incrementarse hasta los 0,30 μm/a en el séptimo mes.
Puede observarse a los 12 meses una buena respuesta del
aluminio en esta atmósfera, con una velocidad de corrosión de
0,10 μm/a; debido a una época de ausencia de lluvias que
afecto positivamente al metal, permitiendo la reconstitución y
estabilización de la película pasiva. Sin embargo, los procesos
corrosivos iniciados en los meses anteriores han causado
daños irreparables en la superficie del material por la
activación del mecanismo de corrosión picadura, que forma
cavidades que atrapan los contaminantes atmosféricos
específicos que crean un pequeño sistema corrosivo, uniendo
las picaduras y agravando el ataque de la corrosión.
De este modo, a los 18 y 25 meses de exposición, las
velocidades de corrosión resultaron aceleradas, el constante
cambio de clima ocasionó el debilitamiento de la capa
protectora y una pérdida de peso mayor a las registradas en
temporadas anteriores. A pesar de esto el aluminio mantiene
una pérdida de peso baja pero con tendencia a elevarse.
Fig. 16. Velocidad de corrosión del aluminio a través del tiempo.
Morfología de Ataque del Aluminio
El aluminio forma una película de alúmina (Al2O3) estable y
pasivante cuando el medio ambiente alrededor tiene un pH
neutro, pero es sensible en medios ácidos. La atmósfera
marino industrial de la subestación contiene SO2 y Cl- que en
sinergia, debilitan la capa pasiva y la destruyen pues al diluirse
sus sales en las capas de humedad de las superficies, originan
aniones desencadenantes de la corrosión picadura.
Estas picaduras formadas en la superficie que son la
consecuencia del rompimiento de la capa pasiva frente a las
sales de cloruros y sulfatos disueltas, están ubicadas en los
pequeños puntos oscuros, que no son más que la deposición de
sales y polvo de manera localizada en la superficie. Debajo de
esa acumulación se encuentra un electrolito agresivo que va
destruyendo paulatinamente al material.
En la Figura 17 se aprecia la presencia de las picaduras
después del decapado, visualizadas bajo una lupa
estereoscópica.
301
Fig. 18. Velocidad de corrosión del cobre a través del tiempo.
Morfología de Ataque del Cobre
La placa de cobre desarrolló una forma de corrosión
generalizada debido a la pérdida de las pátinas (producto de
corrosión característico en el cobre), las cuales se fueron
formando y debilitando durante su exposición.
En la Figura 19, se aprecia el intenso cambio de coloración
de la superficie de la probeta al cabo de los 25 meses de
permanencia en la estación de ensayo, pasando de una
tonalidad salmón a un negro intenso. El cobre al hacer
inmediatamente contacto con la atmósfera forma una capa de
cuprita, la cual va captando contaminantes y se va
convirtiendo en una resistente película de productos de
corrosión.
Fig. 14. Placa de Acero Inoxidable. Izquierda: Inicio de exposición.
Fig. 17. Coalescencia de picaduras en el aluminio expuesto por 25
meses. Aumento 45 X.
Velocidad de Corrosión del Cobre
En la Figura 18 se observa la pérdida de peso uniforme y
acelerada que sufren las placas de cobre durante el tiempo de
exposición en la subestación. Esto es debido a las
imperfecciones que suelen presentar las pátinas formadas en
ambientes del tipo marino industrial, lo que le confiere al
metal base una protección bastante escasa.
Sin embargo, este cambio de color no ocurre
inmediatamente, sino que a medida que el tiempo transcurre y
el metal va captando los contaminantes en su superficie,
favorecido también por la humedad del medio siendo
percibido a través del cambio de color de la superficie. Así es
como en la Figura 20 se puede observar como la probeta de
cobre, que el día de la instalación lucía una superficie color
salmón, después de un año exposición tornó a color café,
desarrollando finalmente a los 25 meses, una superficie negra
constituida por cloruros y sulfatos de cobre.
Fig. 20. Cambio de coloración de pátinas de cobre.
C. Evaluación de Sistemas de Recubrimientos Poliméricos
con 26 meses de Exposición
En las Figuras 21, 22 y 23 se observa el estado de las placas
recubiertas con los tres sistemas de recubrimientos
poliméricos a los 26 meses de exposición.
a
302
El sistema de recubrimiento que desarrolló el peor
comportamiento en la presenta atmósfera Marino Industrial
resultó ser el Sistema A. Las fallas más catastróficas de este
sistema corresponden a la pérdida de adherencia sobre todo
frente a sustratos de acero galvanizado, así como la formación
de herrumbre en todos los sustratos donde fue aplicado (ver
Figuras 24 y 25).
b
Fig. 24. Evaluación del grado de adherencia presentado por el sistema
de recubrimiento A frente al sustrato de acero galvanizado
c
d
Fig. 21. Sistema A con 26 meses de exposición. a) Acero al Carbono
b) Acero Galvanizado c) Acero Inoxidable d) Aluminio.
a
c
b
d
Fig. 22. Sistema B con 26 meses de exposición. a) Acero al Carbono
b) Aluminio c) Acero Galvanizado d) Acero Inoxidable.
a
b
c
d
Fig. 23. Sistema C con 26 meses de exposición. a) Acero al Carbono
b) Acero Galvanizado c) Acero Inoxidable d) Aluminio
Fig. 25. Zonas herrumbradas en el sistema A y sustrato de acero al
carbono. a,b,c,d: vista sin aumento, e: aumento 20X.
Los defectos encontrados en el resto de los sistemas
evaluados (Sistema B y C) involucran su degradación en
forma de tizamiento falla que no se observó en el Sistema A.
Las calificaciones de los Sistema A, B y C para 18 y 26
meses de exposición se muestran en las Tablas VI, VII y VIII.
Estos resultados evidencian que el Sistema de Recubrimiento
Polimérico que mayor se desempeña frente a la agresividad
atmosférica de la subestación evaluada es el Sistema B, el cual
demostró tener las mejores ponderaciones en las diferentes
evaluaciones en cada uno de los sustratos metálicos donde fue
aplicado.
TABLA VI
CALIFICACIÓN FINAL DEL SISTEMA DE RECUBRIMIENTO A.
Sistema A
Propiedad
18 meses
26 meses
Evaluada
AC AG AI AL AC AG AI AL
Espesor de
4
4
4
4
3
2
2
2
Película Seca
Condición
4
4
4
4
2
2
2
2
Superficial
Herrumbre
3
4
4
4
1
2
4
2
Adherencia
4
1
4
4
3
1
3
3
Ampollamiento
4
5
5
5
3
1
4
2
Hongos y Suciedad 3
3
3
3
2
2
2
2
Tizamiento
5
5
5
5
4
4
4
4
Daño en Incisión
2
4
4
4
1
2
3
2
Total
29 30 33 33 19 16 24 19
AC: Acero al Carbono, AG: Acero Galvanizado, AI: Acero Inoxidable,
AL: Aluminio.
5: Excelente, 4: Bueno, 3: Regular, 2: Deficiente, 1: Malo
TABLA VII
CALIFICACIÓN FINAL DEL SISTEMA DE RECUBRIMIENTO B.
Sistema B
18 meses
Propiedad Evaluada
26 meses
AC
AG
AI
AL AC AG AI AL
Espesor de Película
Seca
4
4
4
4
3
4
3
4
Condición Superficial
4
4
4
4
3
3
3
3
Herrumbre
3
5
4
5
3
3
4
3
Adherencia
4
5
5
5
5
5
5
5
Ampollamiento
4
5
5
5
5
5
5
5
Hongos y Suciedad
4
4
4
4
3
3
3
3
Tizamiento
2
3
2
3
1
1
1
1
Daño en Incisión
4
4
4
5
3
3
5
3
Total
29 34
32 35 26 27 29 27
AL: Aluminio.
5: Excelente, 4: Bueno, 3: Regular, 2: Deficiente, 1: Malo
TABLA VII
CALIFICACIÓN FINAL DEL SISTEMA DE RECUBRIMIENTO C.
Sistema C
18 meses
Propiedad Evaluada
26 meses
AC AG AI AL AC AG AI AL
Espesor de Película Seca
2
2
2
2
2
2
2
2
Condición Superficial
4
4
4
4
2
2
2
2
inoxidable con 0,96 µm/a y 0,36 µm/a, respectivamente, luego
de 25 meses de exposición.
La morfología de ataque que presentan las aleaciones
metálicas a los 25 meses de exposición en la subestación son:
corrosión generalizada en el caso del acero al carbono y cobre;
decincado en las fases del acero galvanizado hasta alcanzar el
consumo del zinc e iniciar el ataque generalizado del metal
base; así como corrosión por picaduras en el caso del acero
inoxidable y el aluminio.
El Sistema A presentó un buen desempeño frente a sustratos
de acero inoxidable, sin desarrollar herrumbre y con una
buena adherencia, al contrario, brindó una mala protección
anticorrosiva frente al resto de los sustratos (acero al carbono,
acero galvanizado y aluminio).
El Sistema B, se percibió un buen comportamiento frente a
los distintos sustratos metálicos, poca formación de herrumbre
y buena adherencia presentando como defecto el desarrollo de
tizamiento y el agrietamiento de la capa de acabado.
El Sistema C brinda buena protección anticorrosiva a los
diferentes sustratos metálicos, pero presenta un alto desarrollo
de tizamiento con desprendimiento de hojuelas de fibra de
vidrio.
Finalizados los 26 meses de exposición, el sistema de
recubrimiento que presentó el mejor desempeño frente a la
atmósfera Marino-Industrial es el Sistema B, seguido por el
Sistema C y finalmente el Sistema A, el cual presenta el peor
comportamiento.
REFERENCIAS
Herrumbre
4
5
4
5
4
4
4
4
Adherencia
5
5
5
5
4
3
4
3
[1]
[2]
Ampollamiento
5
5
5
5
5
5
5
5
Hongos y Suciedad
3
3
3
3
2
2
2
2
Tizamiento
2
3
2
3
1
1
1
1
Daño en Incisión
4
4
4
4
4
3
4
3
Total
29 31 29 31 24 22 24 22
AL: Aluminio. 5: Excelente, 4: Bueno, 3: Regular, 2: Deficiente, 1: Malo
IV. CONCLUSIONES
Durante el período 2008 – 2010, la deposición de sulfatos y
cloruros ostentó las categorías S1 y P1, respectivamente,
mientras que el tiempo de humectación se categorizó como 4,
caracterizando a la atmósfera de la subestación como MarinoIndustrial. De esta manera, la corrosividad atmosférica de la
subestación clasifica en el nivel C3 “corrosividad media”, en
función de la relación entre las categorías de contaminantes
aeroquímicos, el tiempo de humectación y las aleaciones
metálicas expuestas.
La aleación metálica que sufre el deterioro más acelerado
frente a la atmósfera Marino-Industrial estudiada, es el acero
al carbono con una velocidad de corrosión de 112,14 µm/a, a
los 25 meses de exposición, seguido por el cobre con de 3,36
µm/a y el acero galvanizado con 2,27 µm/a; mientras las
menores pérdidas se presentan en el aluminio y el acero
303
[3]
[4]
[5]
Tomashov N. D. Teoría de corrosión y protección de metales. Collier
Mc Millan. Londres. 1996.
Campos, Esteban. Evaluación del Comportamiento de Sistemas de
Recubrimientos Poliméricos Sometidos a un Ambiente Marino .
Industrial. 2007. Universidad Nacional Experimental Politécnica
“Antonio José de Sucre”. Venezuela.
Bastidas, María, Evaluación de Diferentes Aleaciones Metálicas y
Sistemas de Recubrimiento Poliméricos en Ambiente Marino Tropical.2008. Universidad del Zulia. Venezuela.
Calzadilla, Eder. Evaluación del Comportamiento Corrosivo de
Diferentes Aleaciones Metálicas y Sistemas de Recubrimiento
Poliméricos en Ambientes Marino-Tropical. 2010. Universidad Nacional
Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”. Venezuela.
Morcillo M, Almeida E. Corrosión y Protección de Metales en las
Atmósferas de Iberoamérica “Parte I: Mapas de Iberoamérica de
Corrosividad Atmosférica (Proyecto MICAT). 1998. Programa CYTED.

Comportamiento Corrosivo de Distintas Aleaciones Metálicas y

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