Mejores materiales, mejores obras

NOTIACESCO • Edición Nº 3 • Diciembre de 2008

CORROSIÓN Y PROTECCIÓN

© Derechos Reservados

2

CorrosiónLa naturaleza electro química de la corrosión puede entender-se como el incremento de la valencia química o producción de electrones de un elemento, conocido como ánodo, que interactúa con otro elemento llamado cátodo, el cual presenta simultáneamente una disminución en la valencia o un consu-mo de electrones. Esto también es conocido como oxido-re-ducción. Esto se ilustra por la interacción química que sucede entre el Zinc y el Ácido Clorhídrico. Aquí un átomo de Zinc se transforma en un ión de Zinc más dos electrones (El átomo de Zinc libera dos electrones) y estos electrones, los cuales perma-necen en el metal, son inmediatamente consumidos durante el proceso de reducción de iones del hidrógeno. Las ecuacio-nes que describen la reacción electroquímica son:

Zn Zn2 + 2e Oxidación (Reacción anódica)2H+ 2e + H2 Reducción (Reacción Catódica)

1. Formas de corrosiónExisten ocho formas de corrosión que son únicas, pero todas ellas están más o menos interrelacionadas. Las ocho formas son:

1. Corrosión de ataque uniforme.2. Corrosión galvánica o corrosión de dos-metales.3. Corrosión por hendidura.4. Corrosión por picadura.5. Corrosión ínter-granular.6. Lixiviación selectiva.7. Corrosión por erosión.8. Corrosión por esfuerzo.

Este listado es arbitrario pero cubre prácticamente todas las fallas y problemas por corrosión. Para efectos prácticos solo consideraremos los dos primeros:

CORROSIÓN Y PROTECCIÓN

El término “corrosión” siempre ha

tenido connotaciones negativas.

Usualmente es asociado al

rápido deterioro de un metal,

pero un conocimiento de su

naturaleza nos permite sacar

ventaja de este fenómeno. Es la

misma corrosión, utilizada con

un buen criterio para obtener

beneficios, la que nos permite

prolongar la durabilidad de

nuestro acero en los ambientes

más agrestes. La naturaleza de

este fenómeno y el manejo de

sus características nos permite

el uso de metales en ambientes

agresivos con una excelente

durabilidad a bajos costos.

Una visión diferente nos ayuda

a proteger nuestro acero de

mejor forma y a una notoria

reducción de actividades de

mantenimiento y control.

3

1.1. Corrosión de ataque uniformeEl ataque uniforme es la forma más común de co-rrosión. Esta es generalmente caracterizada por una reacción química o electroquímica que pro-cede uniformemente sobre la entera superficie de exposición o sobre una gran área. El metal llega a ser más delgado con el tiempo y, eventualmente, falla. Por ejemplo, una pieza de acero o zinc inmer-sa en una solución de ácido sulfúrico actuará a una rata uniforme sobre la entera superficie. Una cu-bierta de lámina de acero mostrará esencialmente el mismo grado de óxido sobre su superficie exte-rior al interactuar con el medio circundante.

1.2. Corrosión galvánica o de dos metalesCuando existe una diferencia potencial (Ver la tabla 1) entre dos metales distintos inmersos en una solución corrosiva o conductiva y se colocan en contacto se produce un flujo de electrones entre ellos. El metal menos resistente a corrosión llega a ser “anódico”, es decir que cede electro-nes, entretanto que el más resistente llega a ser “catódico”. Esto es considerado como un tipo de reacción electroquímica. En la tabla FACTORES DE OXIDO REDUCCIÓN los elementos inferio-res al cero tienen potenciales más bajos que los superiores. Bajo este concepto si tomamos dos elementos cualquiera de la tabla, el inferior hará las veces de ánodo mientras que el otro hará las veces de cátodo.

2. Factores que afectan la corrosión

2.1. Efectos ambientalesLa naturaleza y agresividad del medio ambiente determinan en gran forma el grado de corrosión galvánica o de dos-metales (igualmente influye en la corrosión por ataque uniforme). Usualmente el metal con menos resistencia a un ambiente dado llega a ser el miembro anódico de la pareja.

El acero y el zinc se corroen por si mismos pero cuando están juntos (en contacto) el zinc se corroe y el acero es protegido por este. Bajo ambientes excepcionales, tal como agua normal a una tem-peratura de 180 °F, el comportamiento de la pare-ja se invierte y el acero se convierte en el material anódico. Bajo esta circunstancia los productos de la corrosión sobre el zinc lo hacen actuar como una superficie noble para el acero (catódico).

Au = Au3 + 3e + 1.498O2 + 4H+ + 4e = 2H2O + 1.229Pt = Pt2+ + 2e + 1.200Pd = Pd2+ + 2e + 0.987Ag = Ag+ + e + 0.7992Hg = Hg2

2+ + 2e + 0.788Fe3 + e = Fe2+ + 0.771O2 + 2H2O + 4e = 4OH + 0.401Cu = Cu2+ + 2e + 0.337Sn4+ + 2e = Sn2+ + 0.1502H+ + 2e = H2 0.000Pb = Pb2+ + 2e - 0.126Sn = Sn2+ + 2e - 0.136Ni = Ni2+ + 2e - 0.250Co = Co2+ + 2e - 0.277Cd = Cd2+ + 2e - 0.403Fe = Fe2+ + 2e - 0.440Cr = Cr3+ + 3e - 0.744Zn = Zn2+ + 2e - 0.763Al = Al3+ + 3e - 1.662Mg = Mg2+ + 2e - 2.363Na = Na+ + e - 2.714K = K+ + e - 2.925

Tabla 1. Potenciales de óxido reducción estándar

La corrosión galvánica también ocurre en la atmós-fera. La severidad del proceso depende en gran ma-nera del tipo y la cantidad de humedad presente. Por ejemplo, la corrosión es mayor en un área cer-cana a la costa que en una atmósfera rural seca. Adi-cionalmente la atmósfera cercana al mar condensa sal y crea un ambiente más conductivo (por ende corrosivo) y más electrolítico que una locación tie-

4

rra adentro, aún bajo las mismas condiciones de temperatura y humedad. Pruebas de exposición atmosférica en diferentes lugares, bajo diferentes condiciones han mostrado siempre al zinc como anódico para el acero1, para el aluminio algunas ve-ces y el níquel siempre catódico para los tres (Zn, Al y Fe). La corrosión galvánica no ocurre cuando los metales están completamente secos ya que no hay electrolitos para llevar la corriente entre las dos áreas de electrodos.

2.2. Efectos de la distanciaLa aceleración de la corrosión debido a los efectos galvánicos es, usualmente, más grande cerca de la unión de los dos materiales, con un decreciente ataque al irnos alejando de ese punto. La distancia afectada por la corrosión depende de la conducti-vidad de la solución donde están inmersos los dos metales. Esto se evidencia cuando se consideran el recorrido del flujo de la corriente y la resistencia de los circuitos. La corrosión galvánica o de dos-meta-les es bastante reconocida por el ataque localizado cerca de la unión.

2.3. Efectos del áreaOtro factor importante en la corrosión galvánica es el efecto del área o la relación de las áreas anódi-cas a las áreas catódicas. Una desfavorable relación, por ejemplo, consiste en un gran cátodo y un pe-queño ánodo. Para un flujo de corriente dado (en pruebas de la laboratorio que implican aplicar co-rriente eléctrica entre el ánodo y cátodo) en la celda galvánica, la densidad de corriente es más grande para un pequeño electrodo que para uno grande. La mayor densidad de corriente en un área anódi-ca incrementa la rata de corrosión. La corrosión del área anódica puede ser 100 ó 1000 veces más gran-de que si las áreas anódicas y catódicas fueran de igual tamaño

3. RecomendacionesExisten varias practicas recomendadas para comba-tir o minimizar la corrosión galvánica y en general todo tipo de corrosión. Algunas veces un solo pro-cedimiento es suficiente pero en otros casos podría requerirse la combinación de dos o más. Algunas recomendaciones son:

1. Seleccionar combinaciones de metales, en la medida de las posibilidades, lo más cerca posi-ble en la escala en la serie galvánica (Ver tabla de potenciales de oxido-reducción).

2. Evitar el efecto desfavorable del área de un pe-queño ánodo y un gran cátodo.

3. Aislar metales potencialmente muy diferentes donde sea practico. Es importante aislar completa-mente si es posible. Un error común en este punto de vista concierne a juntas pernadas tales como bridas, en el caso de unión de una tubería con una válvula (ver figura 1), donde el tubo puede ser de acero y la válvula de un material diferente. Se asu-men que las arandelas de bakelita bajo la cabeza del tornillo y la tuerca son suficientes para aislar ambas partes, sin embargo el fuste del tornillo aún que-da en contacto con ambas bridas. Este problema puede resolverse colocando tubos plásticos sobre el fuste del tornillo y arandelas adicionales, así los tornillos están completamente aislados de las bri-das. La figura 1 muestra el aislamiento adecuado para una junta atornillada. Son alternativos el uso de cinta y pintura para incrementar la resistencia del circuito. Así mismo, deben evitarse el contacto directo entre correas galvanizadas, recubiertas en zinc, y cubiertas de aluminio o de otro metal sin recubrimiento. Aunque ambos miembros de ma-nera independiente tienen gran durabilidad ante ambientes agresivos, el contacto entre los dos pre-senta corrosión galvánica lo cual acelera enorme-mente el deterioro del sistema.

(1) Esta es la razón por la cual el borde cortado en la línea de producción ACESCO está pro-tegido. Este tipo de corrosión siempre obliga al zinc a sacrificarse en pos de proteger la lámina de acero.

5(2) En ACESCO la cascarilla de todo producto laminado en caliente es retirada mediante un proceso de decapado en solución ácida.

El producto laminado en frío no presenta cascarilla. Para elementos como ángulos, canales, perfiles laminados en caliente y otras referencias debe hacerse un proceso de limpieza de esta cascarilla.

4. Aplicar recubrimientos cuidadosamente. Se deben conservar los recubrimientos en buen estado, particularmente los colocados sobre el miembro anódico.

5. Agregar inhibidores ambientales, si es posible, para disminuir la agresividad del medio.

6. Evitar juntas atornilladas para materiales muy alejados en la serie galvánica (con potenciales muy alejados) (Ver tabla 1).

7. Diseñar con la posibilidad de partes anódicas reemplazables o hacerlas con más espesor para una larga vida.

8. Instalar un tercer metal que sea anódico para los dos primeros en el contacto galvánico.

4. Pintura para la protección del acero

4.1. Preparación de la superficieLa preparación de la superficie es un aspecto impor-tante en la aplicación de la pintura. Con esto se bus-

Figura 1. Aislamiento apropiado de junta bridada

Figura 2. Degradación de la cascarilla de laminación ante ciclos de calentamiento y enfriamiento del material

ca que la superficie quede limpia de sustancias que impidan una aplicación uniforme y, además, brindar rugosidad para garantizar la adherencia de la pintura.

Debe tenerse en cuenta que la cascarilla de la-minación en caliente2 es un contaminante que afecta la adherencia de la pintura, debido a que posee un coeficiente de dilatación diferente al del acero, por lo que se rompe en ciclos naturales de calentamiento y enfriamiento; además, por ser muy lisa, no brinda la rugosidad necesaria para la adherencia.

La limpieza de la superficie puede realizarse de ma-nera manual, utilizando herramientas tales como ce-pillos, raspadores y lijas; mecánica, utilizando herra-mientas tales como cepillos rotatorios, neumáticos o eléctricos; o por chorro abrasivo, mediante el impac-to de partículas (generalmente abrasivas, como are-na, granos de acero, vidrio, hierro fundido, escorias, etc.) a alta velocidad contra la superficie a limpiar. Debe tenerse en cuenta que la superficie metálica debe ser lavada previamente con agua y tensoacti-vos neutros, usando un cepillo de nylon, para remo-ver los aceites, grasas y sales de la superficie, ya que el uso de las herramientas de cepillado (manuales, mecánicas y de chorro) no los eliminan. Posterior-mente, la superficie se seca naturalmente o con aire comprimido limpio y seco.

6

Se hará un bosquejo general de las caracterís-ticas de las pinturas empleadas para la protec-ción a la corrosión del acero. Es responsabilidad del profesional encargado realizar las consul-tas y recomendaciones pertinentes, a los fa-bricantes de pinturas y a quienes las apliquen, respectivamente.

4.2 Generalidades de pinturaLa pintura es una suspensión homogénea de partí-culas sólidas, llamadas pigmentos, que se encuentran

Clasificación según el tipo de resina

Alquídicas Son esmaltes sintéticos y deben ser utilizados en interiores secos y abrigados o exterio-res no contaminados, ya que no resisten la humedad.

Epoxídicas Son más resistentes a los agentes químicos y a la humedad, pero no son indicadas a la exposición a exteriores porque pierden su brillo y color.

Poliuretánicas Resisten a la intemperie y por muchos años con poca pérdida de brillo y color. Compa-tibles con imprimantes epoxídicos.

Acrílicas Aptas para acabados y resistentes al sol.

Clasificación según su función

Pinturas de fondo

Proporcionan adherencia y contienen pigmentos inhibidores de la corrosión (fosfato de zinc, zinc metálico o aluminio).

Pinturas intermedias

Proporcionan protección por barrera, mas no anticorrosiva, por lo que deben aplicarse varias manos hasta llegar al espesor adecuado.

Pinturas de acabado Protegen contra el medio ambiente y dan color y brillo al sistema.

Clasificación según la protección a la corrosión

Protección por barrera

La protección se cumple al lograr el espesor indicado de capa de pintura seca, sólida y maciza.

Protección anódica Los pigmentos anticorrosivos son de comportamiento oxidante.

Protección catódica

La protección la proporcionan los pigmentos a base de zinc que forman pares galváni-cos con el acero.

dispersas en un líquido, llamado vehículo, en presen-cia otros componentes (aditivos).

Los pigmentos proporcionan color, opacidad, co-hesión, consistencia, dureza y resistencia de la pe-lícula, evitando la corrosión. Entre los pigmentos utilizados se encuentran el fosfato de zinc, el zinc metálico, óxido de hierro, aluminio, entre otros. Los solventes más empleados son los líquidos orgáni-cos y el agua. Los ligantes usados en pinturas son las resinas, los óleos y los silicatos solubles.

7

La siguiente tabla muestra algunas pautas para los sistemas de pintura.

Ambiente Tipo Pintura Manos Espesorseco por

mano (μm)

Espesorseco total

(μm)

Costo Expectativade durabilidad

(años)

Rural 1 Fondo y acabado

Alquídica doble función 1 75 75 Bajo 3 a 6

Rural 2 Fondo y acabado

Imprimante alquídico

Esmalte alquídico

1

2

40

40120 Medio 4 a 7

Rural 3 Fondo acabado

Imprimante epoxídico

Esmalte epoxídico

1

2

40

40120 Medio 6 a 9

Urbano 1 Fondo acabado

Imprimante alquídico

Esmalte alquídico

2

2

40

40160 Bajo 4 a 7

Urbano 2 Fondoacabado

Colores Epoximástic 1 120 120 Medio 6 a 9

Urbano 3 Fondo y acabado

Poliuretano doble función 2 70 140 Alto 7 a 10

Industrial 1 Fondo y acabado

Colores Epoximástic 2 125 250 Medio 6 a 9

Industrial 2 Fondo acabado

Imprimante epoxídico

Esmalte epoxídico

1

2

75

100275 Medio 6 a 9

Industrial 3 Fondo acabado

Imprimante epoxídico

Esmalte Poliuretano

1

2

125

75275 Alto 7 a 10

Marino 1Fondo

Intermediaacabado

Imprimante Etil–Silicato de

Zinc

epoxídico Poliamida (tie–coat)

Esmalte Poliuretano

1

1

2

75

40

75

265 Alto 8 a 12

Marino 2Fondo

Intermediaacabado

Imprimante Epoxi rico en zinc

Esmalte Epoxi

Esmalte Poliuretano

1

1

1

75

125

75

275 Alto 7 a 11

Marino 3 Fondoacabado

Imprimante epoxídico

Esmalte Poliuretano

2

1

125

50

300 Alto 6 a 10

Tabla 3. Sistemas de pintura recomendados para ambientes de diferente agresividad 3

(3) Fuente de información SIKA S.A. (www.sika.com.co).

2

CONTÁCTENOSSu opinión es muy importante para nosotros, escríbanos

sus comentarios y sugerencias sobre este boletín a servicioalcliente@acesco.com

ACERÍAS DE COLOMBIA ACESCO & CÍA. S.C.A. • Parque Industrial Malambo PIMSAMalambo, Atlántico • Colombia • Tel. 5 - 371 8111