Estudio de corrosión galvánica entre acero - DOX

Transcripción

Estudio de corrosión
galvánica entre acero
DOX® y diferentes tipos de
acero utilizando tres técnicas
electroquímicas
Estudio de corrosión galvánica entre acero DOX®
y
diferentes tipos de acero utilizando tres técnicas electroquímicas
ABSTRACT
La corrosión galvánica es una de las formas más comunes de corrosión que se encuentran en instalaciones
de la industria petrolera y en general de transporte de fluidos, esto se debe a que los dispositivos de transporte integran una variada cantidad de aditamentos, mismos que están fabricados de distintos materiales
que entran en contacto generando celdas de corrosión galvánica.
Las series galvánicas se han considerado como la información fuente para predecir el comportamiento de
los pares galvánicos entre diferentes tipos de metal de carácter noble o activo. Sin embargo existen metales
o aleaciones metálicas que, a pesar de tener un potencial electroquímico noble, cuando son acoplados con
otro metal presentan corrientes de corrosión muy bajas, lo que redunda en un par galvánico poco agresivo
para el metal más activo.
El objetivo del estudio fue analizar los pares galvánicos que forma la aleación Níquel-Cobalto-Boro utilizada
como depósito en acero (también conocida por su marca acero DOX™) en contacto con aceros convencionales como el inoxidable y el B7, y aceros con depósitos protectores como el cadminizado y el galvanizado.
La evaluación se realizo a través de tres técnicas bien establecidas: seguimiento de potencial, curvas de
polarización y monitoreo del potencial galvánico y la corriente galvánica por medio de un amperímetro de
resistencia cero.
Los resultados obtenidos muestran que el acero DOX no genera un par galvánico agresivo ya que la salida
de corriente que en este se desarrolla es muy pequeña comparada con la desarrollada entre otros metales,
lo que permite utilizarlo exitosamente como recubrimiento anticorrosivo de larga duración. Este comportamiento se atribuye a que la aleación de Níquel-Cobalto-Boro que integra el depósito en el acero DOX, forma
una película pasivante estable en la que la reacción catódica se polariza a valores muy negativos. La aleación presenta una salida de corriente muy pequeña lo que hace que la velocidad de corrosión galvánica sea
menor en comparación con la velocidad de corrosión que presentan los metales independientes en el par.
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INTRODUCTION
La industria petrolera gasta millones de dólares anualmente al enfrentar y prevenir problemas relacionados con la corrosion de sus instalaciones, de ahí que cada día se deben desarrollar nuevos y mejores métodos para poder llevar esta tarea acabo. Uno de estos métodos de prevención es el de los recubrimientos
metálicos obtenidos electroliticamente, los cuales le confieren al material base más y mejores propiedades.
En la búsqueda de electrodepositos mas eficientes se ha encontrado en las aleaciones una fuente excelente
de materiales protectores, aunque la selección de estas aleaciones debe ser cuidadosa ya que, además de
ofrecer protección a la agresividad de los medios, deben presentar propiedades mecánicas, físicas, etc. que
sean congruentes con el trabajo de la pieza que se pretenda proteger. Una de estas aleaciones esta presente en el proceso DOX, el cual ha sido probado durante años en las instalaciones de PEMEX ofreciendo resultados muy satisfactorios. La aleación DOX presenta excelentes propiedades anticorrosivas ante los medios
que se presentan regularmente en las instalaciones petroleras, ofreciendo velocidades de corrosión muy
bajas aun comparadas con los aceros inoxidables a la par de que el costo de su producción es mucho mas
bajo.
Otro punto ha considerar entre estos recubrimientos es la generación de pares galvanicos. La corrosión
galvanica es común en muchos procesos donde uno o dos material se encuentran íntimamente ligados y
expuestos al mismo medio, este tipo de corrosión se presenta al estar presentes dos materiales con diferentes capacidades para enfrentar la agresividad del medio, confiriéndose el uno al otro facilidades de deterioro que por si solos pueden o no llegar a presentar. Luego entonces, en la búsqueda de estos materiales
protectores, la facilidad para generar corrosión galvanica debe ser muy bien analizada con el objetivo de
que al involucrar estos electrodepósitos se evite el daño a los otros materiales presentes en las instalaciones.
NOMENCLATURA: Corrosión galvanica, potencial de corrosión, densidad de corriente de corrosión, pendientes de Tafel, polarización, corrosión galvanica, potencial galvanico, teoría del potencial mixto.
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DESARROLLO EXPERIMENTAL
Para cumplir con los objetivos planteados en esta investigación se llevo a cabo el siguiente desarrollo experimental: Seguimiento de potencial de los metales a evaluar, realización de curvas de polarización, medición del potencial galvánico y de la corriente galvánica.
TÉCNICA 1: SEGUIMIENTO DE POTENCIAL
Para el seguimiento de potencial se instaló una celda con dos electrodos: Electrodo de trabajo-acero a
evaluar, electrodo de referencia-electrodo de calomel saturado. El seguimiento de potencial se llevo a cabo
durante 60 minutos.
TÉCNICA 2: CURVAS DE POLARIZACIÓN
Para las curvas de polarización se instaló un sistema de tres electrodos cuyas funciones y composiciones
son las siguientes: Electrodo de trabajo- acero a evaluar, Electrodo de referencia-calomel saturado, Electrodo auxiliar: grafito de alta pureza y alta densidad.
Las condiciones para cada prueba fueron: Polarización catódica 600 mV más negativos que el potencial de
reposo, polarización anódica 600 mV más positivos que el potencial de reposo. El barrido de potencial fue
de 1mV por segundo.
TÉCNICA 3: MEDICIÓN DEL POTENCIAL GALVÁNICO Y DE LA CORRIENTE GALVÁNICA
Se utilizó un electrodo de referencia de calomel saturado para el seguimiento del potencial en el par. La
distancia entre metales formadores del par fue de 10 cm. Se utilizó un Potenciostato Gill AC como amperímetro de resistencia cero.
Figura 1.- celda utilizada para evaluar pares
galvanicos
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Como puede observarse en la figura 1 la relación de áreas del par galvánico es de 1 a 1. Si bien las normas
internacionales para este tipo de pruebas indican que se deben evaluar geometrías reales, en esta prueba
se pretende comparar la agresividad de los pares, por lo que se decidió utilizar áreas con esta relación.
Se utilizó un electrodo de referencia de calomel saturado como apoyo para el seguimiento de potencial del
par galvánico; tanto al potencial galvánico como a la corriente galvánica.
El seguimiento del potencial y de la corriente galvánica se llevo a cabo durante 7 días.
CONDICIONES DE LAS TÉCNICAS EMPLEADAS:
Para las tres técnicas utilizadas se cumplieron las siguientes condiciones:
ACEROS EVALUADOS
Acero aleado grado B7, Acero B7 tratado con el proceso DOX 20 micras de recubrimiento, Acero inoxidable
316
Acero B7 galvanizado con 20 micras de recubrimiento
Acero B7 cadminizado con 20 micras de recubrimiento
LIMPIEZA DE LAS SUPERFICIES
Los aceros con electrodeposito fueron desengrasados y enjuagados con detergente y agua destilada,
después secados con acetona para su posterior exposición a los medios, los aceros sin tratamientos fueron
lijados hasta grado 600 desengrasados, enjuagados y secados.
MEDIOS DE PRUEBA
Se evaluaron los aceros en tres diferente medios:
• Medio ácido: Los medios ácidos fueron preparados a través de ácidos concentrados de ácido sulfúrico los
cuales se llevaron a disoluciones de 0.1 molar en concentración con la finalidad de obtener un pH igual a 1.
• Medio salino (neutro). Los medios salinos fueron una solución de Cloruro de Sodio tres por ciento en peso.
• Medio dulce. Los medios dulces se prepararon a partir de una solución de Cloruro de Sodio 3% en peso a
la cual se le burbujeo, durante una hora, Bióxido de Carbono gaseoso. Con este tiempo de burbujeo se
asegura alcanzar un pH de saturación, que para estos medios es de alrededor de 3.9.
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RESULTADOS Y ANÁLISIS
POTENCIAL DE CORROSIÓN
Dado que el potencial de corrosión de una celda de corrosión definirá cuánta energía está involucrada en
el proceso, y por lo tanto si una reacción se llevara o no a cabo de manera espontánea, es necesario ubicar
qué elemento se comporta como cátodo y qué elemento como ánodo.
Este comportamiento puede detectarse estudiando de forma independiente a cada metal, enfrentándolo
con un electrodo de potencial conocido. El potencial generado por la celda (metal de prueba y de referencia) indicará indirectamente el valor de potencial del metal evaluado.
La figura 2 muestra la manera en que se siguió el potencial de los diferentes aceros en medios salinosneutros, hasta su estabilización, los otros medios no se muestran, sin embargo el tratamiento de la prueba
es el mismo.
La figura 3 muestra claramente que sin importar el medio en que se este realizando la prueba de potencial,
el acero DOX presenta los valores más positivos, seguido del acero inoxidable, cadminizado, B7 y galvanizado.
También se observa que para todos los aceros, el medio que genera los potenciales más activos es el que
presenta la saturación con CO2.
Aún en un medio tan oxidante, el DOX presenta un carácter más noble (potenciales más positivos) que cualquier otro metal.
Figura 2.- Seguimiento del potencial en una solución salina
3% de NaCl en peso.
Figura 3.- Comparación entre los distintos metales en los
diferentes medios.
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La figura 4 muestra el comportamiento de acero DOX en un medio saturado con O2. Se observa que el
potencial baja rápidamente hacia valores más negativos pero en poco tiempo recupera su carácter noble,
aunque en este caso no se alcanza la estabilización rápidamente. En un medio altamente oxidante como
este, el acero DOX sigue mostrando ese perfil de metal más noble que los demás metales evaluados.
Investigaciones realizadas con acero DOX en medios ácidos y básicos revelan que este material produce
una película formada principalmente por óxidos de níquel y de cobalto. Dado que el níquel y el cobalto son
los constituyentes de la aleación acero DOX y que estos presentan características muy similares, se ha considerado que la película formada es una solución sólida muy estable de los óxidos ya mencionados.
El hecho de que el potencial se estabilice rápidamente sugiere que la formación de la película se presenta
rápidamente y que la misma es muy estable. Lo anterior indica que el contenido de oxigeno en el medio
juega un papel clave para controlar el espesor de la película de oxido formada y mantener su naturaleza
protectora en el acero DOX.
Figura 4.- Seguimiento de potencial en medios saturados de
oxigeno. Comparación con un medio sin saturación de
oxigeno.
Por otro lado, el hecho de que el acero DOX presente un valor de potencial más positivo, significará que al
estar acoplado con otros aceros presentará un carácter catódico haciendo que el otro metal tome el papel
del ánodo.
La diferencia de potencial entre el DOX y los aceros se puede ver en la siguiente tabla.
Tabla 1. Diferencia de potencial entre los metales formando
un par galvánico teórico
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Dadas las diferencias de potencial presentadas en la tabla, se podría pensar que el acero DOX al estar acoplado con estos metales va a generar un par galvánico muy dañino, haciendo que la velocidad de corrosión
del metal al que esté acoplado aumente considerablemente. Sin embargo, las mediciones de potencial no
son suficientes para evaluar la actividad de los metales en pares galvánicos, ya que estas no consideran la
polarización que sufren las interfases formadas por el medio y el metal.
Es así que los valores del potencial sólo validan que el par galvánico se forme, pero no indican dos cuestiones fundamentales relativas a la cinética del par: En cuánto tiempo se formará el par galvánico y una vez
formado el par galvánico tendrá o no carácter agresivo.
POLARIZACIÓN DE LOS ACEROS
El manejo de los siguientes resultados esta enfocado a tratar de describir el comportamiento cinético del
acero DOX en diferentes medios en comparación con los otros metales evaluados, lo que permite puntualizar sus diferencias y cómo éstas determinan el perfil cinético del acero DOX.
Figura 5.-. Curvas de polarización para los diferentes aceros
en medio ácido, solución de ácido sulfúrico, H2SO4 0.1 molar,
temperatura 20 0C.
Figura 6.- Curvas de polarización para los diferentes aceros
en medio salino, solución de Cloruro de Sodio, NaCl, 3% en
peso, temperatura 20 0C.
DATOS CINÉTICOS
Figura 7 Curvas de polarización para los diferentes aceros en
medio salino, solución de Cloruro de Sodio, NaCl, 3% en peso,
saturada con Bióxido de Carbono, CO2 , temperatura 20 0C.
Figura 8.-. Comparación de los valores de densidad de
corriente de corrosión entre los diferentes aceros, inmersos
en los tres medios de prueba.
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La figura 8 muestra que el medio más agresivo fue el ácido. Destaca el caso del galvanizado que cambió
hasta en un orden de magnitud el valor respecto al del medio salino saturado con CO2.
El acero DOX presenta la densidad de corriente (dcc) más baja, en cualquiera de los medios probados, se
hace notar que la velocidad de la reacción catódica que se lleva a cabo en la superficie del acero DOX también es muy lenta comparada con la de los otros metales evaluados.
En medio salino la dcc que presenta el acero DOX es de 2.51 x 10-2 A/m2, el cadminizado para el mismo
medio presenta 7.5 x 10-2 A/m2 y el galvanizado es de 24.86 x 10-2 A/m2, un orden de magnitud mayor que
el acero DOX.
El acero inoxidable presenta dcc`s más altas que el acero DOX, sobre todo cuando está presente un medio
salino.
Los demás recubrimientos varían dependiendo del medio al que estén expuestos.
Figura 9.- Relación de pendientes catódicas entre los
diferentes metales y los distintos medios.
La pendiente catódica, pc, es una medida del grado de polarización que sufren los metales, es decir, la magnitud del cambio que sufre una reacción electroquímica cuando, al estar en equilibrio, se ve perturbada por
un flujo de corriente. La figura 9 muestra cómo la reacción catódica sobre el acero DOX sufre una polarización más grande que los demás metales evaluados en todos los medios; esto nos dice que una vez que se
inicia el proceso de corrosión en un sistema donde el acero DOX este involucrado, y empiece a circular
corriente (flujo de electrones), el acero DOX tenderá a llevar la reacción catódica a valores más negativos
En este sentido, la reacción catódica requerirá un valor de potencial más negativo para que se pueda llevar
a cabo; si el potencial de la celda generada no alcanza éste valor, el proceso se detendrá al no haber la energía necesaria para que opere.
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El acero cadminizado presenta un valor de polarizacion catódica no tan alto. Por ejemplo, en solución
salina, que es el medio donde presenta un valor más grande se obtienen los siguientes valores de polarización: DOX 205 mV y cadminizado 160 mV. Los valores de pc que presenta el acero DOX son mayores que los
de cualquier otro metal, y entre estos últimos hay variaciones dependiendo del medio al que estén expuestos.
Respecto a las polarizaciones anodicas se observa nn las figuras 5 a 7 que los metales presentan diferente
comportamiento a polarizaciones superiores a los 300 mV. En medio ácido el acero inoxidable presenta
rápidamente una pasivación, muy probablemente por los óxidos de cromo que se forman en su superficie.
Esta película no es conductora.
Los demás metales en este medio podrían estar formando una película. En el caso de DOX esta película se
polariza de manera muy particular. La pelicula formada es estable, electroliticamente hablando, se mantendra presente aun cuando se presenten salidas de corriente muy altas ya que el cambio de potencial es
minimo.
El galvanizado presenta una pasivación cuando recibe grande salidas de corriente. En el caso de la solución
salina todos los metales presentan (en mayor o menor grado) una pasivación, formada por una película que
seguramente será poco conductora en un rango corto de potencial; sin embargo a grandes rangos de
potencial perderá estabilidad
La relación lineal no definida que presentan las curvas nos lleva a ser muy cuidadosos con la valoración de
la pendiente anódica, pa, (polarización) que sufren los metales evaluados.
La figura 10 muestra los valores de pa los cuales indican el comportamiento anódico de los metales evaluados. Dado que estas pendientes se obtienen muy cerca del potencial de equilibrio, estaremos pensando
como proceso anódico la disolución del metal, aunque más adelante pueda o no pasivarse como se ha
comentado.
La figura 10 muestra que el comportamiento anódico de los aceros probados es muy similar. En la solución
salina saturada con CO2, los valores de pendientes corresponden con los presentados teóricamente en la
oxidación del hierro que son de 40 mV. Los valores de las pendientes cambian para las otras dos soluciones,
pero en general los aceros se comportan de manera similar entre ellos.
Los valores de las pendientes en el medio ácido son:
• Acero DOX 70 mV,Acero inoxidable 85 mV, Acero cadminizado 80 mV, Acero B7 87 mV, Acero galvanizado
110 mV
• Los valores de pendiente anódica en medios salinos son muy similares en todos los metales evaluados:
• Acero inoxidable 78mV, Acero galvanizado 100 mV, Acero Cadminizado 103 mV, Acero DOX 98 mV, Acero
B7 83 mV
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Figura 10.- Relación de pendientes anódicas entre los diferentes metales y los distintos medios.
La comparación entre los metales evaluados nos dice que el valor de la polarización de la reacción anódica del acero DOX no presenta cambios significativos.
Tomando en cuenta los tres valores cinéticos presentados en párrafos anteriores (densidad de corriente
de corrosión, pendientes catódicas y pendientes anódicas), y si se compara el acero DOX con los resultados del resto de los metales evaluados, se puede decir que: El acero DOX presenta la dcc más baja en
todos los medios, el acero DOX presenta una polarización anódica muy similar a la del resto de metales
evaluados y la polarización de la reacción catódica del acero DOX es muy alta
Esto lleva a pensar que el comportamiento del acero DOX esta regido por el proceso catódico que se
presenta en su superficie. Que debe estar desarrollando una película compuesta por óxidos de níquel y
óxidos de cobalto que provoca que la velocidad de la reacción catódica sea muy lenta y, que en general,
la velocidad de corrosión del acero DOX también lo sea.
POTENCIAL GALVÁNICO Y CORRIENTE GALVÁNICA EN FUNCIÓN DEL TIEMPO
Para poder evaluar el comportamiento del acero DOX en par galvánico, se han simulado distintos pares
entre los metales evaluados: DOX-Acero inoxidable, Galvanizado-Cadminizado, B7-DOX, etc. Todos estos
pares fueron evaluados en los tres medios estudiados (salino-neutro, ácido y carbónico).
Se definió que el tiempo de la prueba sería de 7 días. En este tiempo la mayoría de los pares galvánicos
formados presentó un comportamiento de corriente y potencial estable, lo que permite presumir que en
los pares no se presentará cambio de polaridad en el largo plazo.
Se muestran primero los resultados del par entre acero DOX y otros metales y más adelante el resto.
Además se hace una comparación entre los valores de corriente galvánica que indican la velocidad de
corrosión que generan los pares galvánicos (corriente de corrosión galvanica, ccg).
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Figura 11.- Pares formados con acero DOX en medio ácido,
H2SO4 pH= 1, temperatura 20 oC, presión 0.7 Bar aprox.
Relación de área entre electrodos 1 a 1.
Figura 12.- Pares formados con acero DOX en medios
salinos, NaCl 3 % en peso. pH = 6.4, temperatura 20oC,
presión 0.7 Bar aprox. Relación de área entre electrodos 1
a 1.
Los valores que presentan las gráficas 11 a 13 indican que el rango de valores de ccg en medio ácido esta
entre 23 y 82 μA, y en particular se tiene: Par con inoxidable 24 μA, Par con B7 79 μA, Par con cadminizado
82 μA, Par con galvanizado: 79 μA
Es interesante notar que el valor de la ccg de los otros pares es muy similar, alrededor de 80 μA y el valor
del potencial alrededor de -650 mV. Esto indica que cuando se genera un par galvánico entre el acero DOX
y cadminizado, galvanizado o B7, acero DOX induce en estos metales un comportamiento de par galvánico
equivalente.
Figura 13.-. Pares formados con acero DOX en medios
salinos, NaCl 3 % en peso, saturados con CO2 pH = 3.6,
temperatura 20 oc, presión 0.7 Bar aprox. Relación de área
entre electrodos 1 a 1.
A tiempo cero el par acero DOX-Inoxidable presenta casi los mismos valores de ccg que a tiempo 100 horas,
comportamiento que no ocurre en los otros aceros evaluados. Por ejemplo, para el par DOX-galvanizado a
tiempo cero el valor de cgg es del orden de 900 μA y para el par DOX-B7 es de alrededor de 100 μA, esto
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indica que la superficie de los aceros recubiertos (cadminizado y galvanizado) cambia pero se estabiliza
con el tiempo y además, como se verá más adelante, no aumentará su deterioro por el efecto del par con
el DOX.
En medio salino se encuentran similitudes con el medio ácido. Por ejemplo, el par Acero Dox-Inoxidable
es el que se estabiliza más rápido y presenta los valores de potencial más nobles (-480 mV), aunque en
este medio la salida de corriente no es la menor, ya que presenta un valor de 30 μA comparada con los 11
μA y 7.9 μA que presentan con el cadminizado y el galvanizado respectivamente. Al igual que en medio α
cido estos dos ultimos pares parten de valores muy altos (336 μA para cadminizado y 275 μA para galvanizado).
En cuanto a los potenciales en medio salino, el par acero DOX-Inoxidable se orienta hacia valores más
negativos al igual que los pares con galvanizado y B7, sólo el par con cadminizado se orienta hacia valores
más positivos.
En medios salinos se presentan los valores más bajos: Acero inoxidable 0.56 μA, Cadminizado 8 μA, Galvanizado 16 μA, B7 42 μA.
Aunque para el B7 el cambio no es tan notable ya que inicia en tiempo cero con un valor de 97 μA. No así
el cadminizado con 139 μA y sobre todo el galvanizado con 850 μA. Esto indica que en estos dos últimos
pares se presenta un proceso rápido de corrosión, mismo que con el tiempo baja su velocidad y se estabiliza. Los valores de potencial juegan muy bien con lo anterior, ya que todos los pares muestran un carácter más positivo con el tiempo y se estabilizan.
El valor del potencial en el par acero DOX-B7 cambia muy poco a lo largo de la prueba, iniciando en -692
mV y terminando en -680 mV. Un cambio muy ligero al igual que el que se presentó en la prueba de ccg.
El inoxidable sigue presentando valores de potencial muy estables y más positivos que cualquier otro.
Todo lo anterior podría explicarse en el hecho de que los medios carbónicos tienden a formar películas de
carbonato sobre la superficie de los aceros. Dichas películas al parecer se mantienen muy estables, pareciera que la presencia del par con el DOX no genera inestabilidad en las películas y por lo tanto podrían
estar evitando el avance en el proceso de corrosión.
En la figura 14 se muestran los valores de velocidad de corrosión galvánica, vcg, que ofrece el DOX en par
galvánico. Los valores de vcg que se presentan en los pares con DOX son muy pequeños en comparación
con los de los metales independientes lo cual es mostrado en la figura8 , esta figura indica que los valores
de vc de los metales evaluados son muy altos en comparación con los que ofrece el par con DOX. Por
ejemplo, el acero galvanizado presenta una vc de 2.1 mm/año, en medio ácido de forma individual y en
par con DOX es de 0.185 mm/año, es decir menos de dos órdenes de magnitud, por lo que se puede decir
que la contribución del DOX es de menos del 10 %. Una manera de evaluar mejor estos resultados es
comparando los pares que se generan entre los distintos metales y observando cuáles generan salidas de
corriente más grandes y por lo tanto velocidades de corrosión más grandes.
Las siguientes figuras presentan el comportamiento de los pares formados entre los metales restantes en
los tres medios.
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Figura 14.- Valoración de la velocidad de corrosión que aportará el
par galvánico al metal anódico. Comparación entre los diferentes
medios.
Figura 15.- Pares formados con acero inoxidable en medio
ácido, H2SO4 pH= 1, temperatura 20 oC, presión 0.7 Bar
aprox. Relación de área entre electrodos 1 a 1.
No se presenta el par con DOX.
Figura 16.- Pares formados con acero inoxidable en medios
salinos, NaCl 3 % en peso. pH = 6.4, temperatura 20 oC, presión 0.7
Bar aprox. Relación de área entre electrodos 1 a 1. No se presenta
el par con DOX.
Figura 17.- Pares formados con acero inoxidable en medios
salinos, NaCl 3 % en peso, saturados con CO2 pH = 3.6,
temperatura 20 oC, presión 0.7 Bar aprox. Relación de área
entre electrodos 1 a 1. No se presenta el par con DOX.
Figura 18.- Pares formados con acero B7 en medio ácido, H2SO4
pH= 1, temperatura 20 oc, presión 0.7 Bar aprox. Relación de área
entre electrodos 1 a 1.
No se presenta el par con DOX ni con inoxidable.
Figura 19.- Pares formados con acero B7 en medios salinos,
NaCl 3 % en peso. pH = 6.4, temperatura 20 oc, presión 0.7
Bar aprox. Relación de área entre electrodos 1 a 1. No se
presenta el par con DOX ni con acero inoxidable.
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Figura 20.- Pares formados con acero B7 en medios salinos, NaCl
3 % en peso, saturados con CO2 pH = 3.6, temperatura 20 oc,
presión 0.7 Bar aprox. Relación de área entre electrodos 1 a 1. No
se presenta el par con DOX.
Figura 21.- Par formado con acero cadminizado en medio
ácido, H2SO4 pH= 1, temperatura 20 oc, presión 0.7 Bar
aprox. Relación de área entre electrodos 1 a 1. No se presenta
el par con DOX, con inoxidable ni con B7.
Figura 22.- Par formado con acero cadminizado en medios
salinos, NaCl 3 % en peso. pH = 6.4, temperatura 20 oC, presión
0.7 Bar aprox. Relación de área entre electrodos 1 a 1. No se
presenta el par con DOX, con inoxidable ni con B7.
Figura 23.- Pares formados con acero B7 en medios salinos,
NaCl 3 % en peso, saturados con CO2 pH = 3.6, temperatura
20 oC, presión 0.7 Bar aprox., relación de área entre electrodos 1 a 1. No se presenta el par con DOX, con inoxidable ni
con B7.
El comportamiento de las figuras 15 a 23 se puede resumir de la siguiente manera.
PARES CON INOXIDABLE EN MEDIO ÁCIDO.
Los valores del potencial y de la corriente se estabilizan con el tiempo.
Los valores del potencial para todos los pares son prácticamente los mismos, no hay cambios entre B7, cadminizado y galvanizado. El valor de la corriente galvánica se presenta en un margen de 112 μA a 350 μA,
valores mucho más grandes que los que presenta el acero DOX. Además, los valores iniciales de ccg son
muy altos: 4633 μA para cadminizado, 11847 μA para galvanizado, y para acero B7 888 μA. Estos valores son
más grandes que los que presentó el par con DOX. Si bien los valores de ccg son más grandes que en el par
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con acero DOX, en este medio el resto de los materiales evaluados presentan comportamiento muy similar
en cuanto a la estabilización, ya que todos los aceros llegan a valores de potencial similares (alrededor de
-645 mV.).
PARES CON INOXIDABLE EN MEDIO SALINO.
En este medio, el par con galvánico presenta varios momentos: El primero se da entre el tiempo cero y
tiempo de alrededor de 6 horas donde la ccg baja rápidamente de valores de 321 μA a 136 μA, Después se
mantiene estable por casi 50 horas y a partir de entonces la ccg baja de forma más ligera hasta 38 μA, valor
que alcanza en 126 horas y después se estabiliza. El comportamiento con los demás metales se presenta de
forma similar, es decir un cambio inicial muy alto en el valor de ccg que después se estabiliza hasta alcanzar
el valor reportado para el caso de Acero inoxidable-B7 que es de 6.6 μA y para cadminizado 26 μA. Los valores de potencial se mantienen muy estables durante toda la prueba.
Pares en medio salino con CO2
En este medio se presenta un comportamiento muy interesante
Los pares formados por Inoxidable-Galvanizado, B7-Galvanizado y el Cadminizado-Galvanizado presentan
ciclos en el valor de la ccg (ver figuras 17, 20 y 23), aunque el valor del potencial se mantiene muy estable.
Los demás pares de B7 y cadminizado con galvanizado en ácido presentan altas salidas de ccg al inicio de
la prueba, alrededor de 500 μA, y estabilización de ésta a tiempos de 50 horas. Esta conducta cíclica podría
estar indicando la presencia de películas, posiblemente pasivantes, muy poco estables las cuales con el
tiempo se disuelven en el medio, permitiendo la corrosión para, después, volverse a formar. En el caso de
DOX esta película debe ser más estable ya que no se presentan estos comportamientos cíclicos.
COMPARACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE LOS DIFERENTES PARES GALVÁNICOS:
Para poder llevar a cabo una mejor evaluación, mediante comparación, de los diferentes pares galvánicos
formados, se presentan las figuras 24 a 27
Figura 24.- Comparación de DOX en par con inoxidable y los
demás metales evaluados. Valoración de la velocidad de
corrosión que aportará el par galvánico al metal anódico.
Diferentes medios.
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En todos los medios el acero DOX genera el par menos agresivo, ya que ofrece la menor ccg. En medios
carbónicos, en par con inoxidable, se presenta la salida de corriente más pequeña.
En la figura 24 se están presentando los valores de ccg más pequeños de los ciclos. Tanto en acido sulfúrico
como en acido carbónico se presentan los valores más altos, aunque el par con galvanizado en medio
carbónico presenta un valor mas alto y con B7 en sulfúrico el valor mas alto.
En la figura 25 se observan valores de corrosión galvánica entre el acero DOX y el cadminizado. No así en
soluciones ácidas donde el valor que presenta el cadminizado es más grande que el que presenta el acero
DOX: 0.39 mm/año para cadminizado y 0.1752 mm/año para DOX. Todo esto en par con B7. El par más
dañino es el formado entre B7 e inoxidable en medio ácido al presentar alrededor de 0.8mm/año.
En general los pares formados entre cadminizado y el resto de los metales evaluados en cualquier medio no
son muy agresivos. El par más agresivo es con acero inoxidable en medio ácido, pero en este caso es el
acero inoxidable el que le confiere este comportamiento al par. Como ya se vio en la figura 3.28, los pares
con acero inoxidable llegan a ser los más agresivos sobre todo en medios ácidos y carbónicos.
Figura 25.- Comparación de DOX en par con B7 y los demás
metales evaluados. Valoración de la velocidad de corrosión
que aportara el par galvánico al metal anódico. Diferentes
medios.
Figura 26.- Comparación de DOX en par con cadminizado y
los demás metales evaluados. Valoración de la velocidad de
corrosión que aportara el par galvánico al metal anódico.
Diferentes medios.
Mediante valores cinéticos y de medición de corriente en par galvánico, se ha presentado que el acero DOX,
además de ser un metal muy resistente a la corrosión, no genera pares galvánicos tan dañinos como el
inoxidable o el galvanizado, incluso el cadminizado, como se observa en la figura 28, donde en comparación con el DOX en medio salino y carbónico presenta valores muy altos de velocidad de corrosión galvánica al estar en par con el galvanizado.
Teoría del potencial mixto aplicado al comportamiento del DOX como par galvánico
Mediante la teoría del potencial mixto, es decir la forma en que un proceso o reacción se polariza por la
acción de otra reacción, se presentará un argumento para explicar el comportamiento que hasta ahora ha
mostrado el acero DOX.
16
y
Figura 27.- Comparación de DOX en par con galvanizado y
los demás metales. Valoración de la velocidad de corrosión
que aportará el par galvánico al metal anódico. Diferentes
medios.
La figura 29 muestra el comportamiento catódico del DOX sobre el sistema y la consecuente polarización
del ánodo hacia valores de potencial más catódicos, con lo que la velocidad de reacción anódica será más
lenta en el acero acoplado que sin acoplar.
Lo anterior se explica con curvas de Evans Tafel, mostrando el control catódico del DOX sobre el par galvánico.
Figura 28.- Comportamiento del acero DOX en par galvánico. La salida de corriente disminuye por lo que el par galvánico formado no aumentará la salida de corriente del metal
anódico.
17
y
CONCLUSIONES
• El acero DOX presenta un potencial más noble, que los otros metales, en todos los medios probados, por
lo tanto se comportara como cátodo en cualquier par galvánico con estos metales.
• La densidad de corriente de corrosión que produce el acero DOX es muy baja por lo que la velocidad de
las reacciones será muy lenta.
• La polarización catódica sobre el acero DOX es muy alta, es decir, se requiere un cambio energético muy
grande para que esta se lleve a cabo.
• El potencial del par galvánico que forma el acero DOX es más positivo que el potencial anódico del resto
de los metales evaluados, por lo que éstos serán llevados a comportamientos más nobles, menos corrosivos.
• La salida de corriente que genera el acero DOX, en par galvánico, es muy baja y no puede considerarse
agresiva.
• En comparación con metales como acero inoxidable, acero cadminizado y acero galvanizado, el acero
DOX genera un par galvánico poco agresivo por lo que la velocidad de corrosión del metal acoplado no
aumentará.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al laboratorio de corrosión de la UNAM y a DTA de México por haber cubierto en su
totalidad los costos de este trabajo.
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Estudio de corrosión galvánica entre acero - DOX

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