Tres métodos para evaluar una velocidad de corrosión Parte 1

Yunny Meas Vong

Walter López González

Patricia Rodríguez López

Javier Avila Mendoza

Joan Genescá Llongueras

Desde hace mucho tiempo, el hombre comprendió que la corrosión era una fuerza natural que inexorablemente atacaba los materiales metálicos que él aprendió a arrancarle a la naturaleza desde su forma natural (Óxidos, sulfuros, etc.) y llevarlos a su estado metálico. Así, desde que el hombre se dio cuenta de los daños económicos de esta “venganza de la naturaleza”, emprendió la tarea de inventar y mejorar métodos de protección contra la corrosión. Pero para eso fueron necesarios dos desarrollos científico-tecnológicos muy importantes:

Descubrir el mecanismo por el que ocurría la corrosión

idear métodos para evaluar la velocidad de corrosión eficientes y que fueran lo más prácticos posible.

Antes de descubrir el mecanismo por el que ocurre la corrosión, el hombre sólo pudo medir las consecuencias de este proceso, y surgieron métodos gravimétricos y analíticos que evaluaron el grado de deterioro de los materiales metálicos, determinando la cantidad de material que se transformaba y perdía por corrosión, midiendo las variaciones de peso, o determinando la cantidad de material que pasaba a forma iónica en una solución corrosiva. Posteriormente, en 1905 Tafel descubrió una relación empírica entre ΔΦ y la IT con lo que se empezó a correr el telón del mecanismo de la corrosión, pero no fue sino hasta 1938 cuando Wagner y Traud con la publicación de su artículo

“Concerning the evaluation of corrosion reactionsby superposition of electrochemical partial reactions and concerning the potential formation on mixed electrodes”, sentaron las bases de la teoría del potencial mixto, la cual postula que aun sin asumir la existencia de ánodos y cátodos locales, se pueden explicar las reacciones de corrosión si se asume que las reacciones parciales de oxidación y reducción ocurren en la interfase metal/electrolito y que estas reacciones están en constante cambio bajo una distribución estadística de posición tiempo.

Wagner y Traud también mostraron que, ciertas circunstancias, es posible calcular la velocidad por este método se puede evaluar la velocidad de reacción usando métodos electroquímicos, y obtuvieron buenas correlaciones de velocidades de corrosión a través de curvas de polarización usando corrosión, ni es posible hacer predicciones teóricas lo que ahora se llama "Extrapolación de Tafel". Estos resultados experimentales fueron considerados una evidencia de los postulados generales de la teoría de potencial mismo y finalmente se aceptó, que el mecanismo por el que ocurre la corrosión es de naturaleza electroquímica

Más tarde, algunos autores encontraron cierta relación entre la pendiente de la curva de polarización en el potencial mixto y la velocidad de corrosión. Pero no fue sino hasta 1957 cuando Stern y Geary, basados en las ecuaciones de la cinética electroquímica y en la teoría del potencial mixto, derivaron una ecuación que relaciona cuantitativamente la pendiente de la curva de polarización en la vecindad del potencial de corrosión, dando origen así al método de resistencia de polarización, ampliamente usado actualmente para el cálculo y monitoreo de la velocidad de corrosión en casi cualquier sistema metal/electrolitos.

Históricamente, la medición de la pérdida de peso de un material en contacto con una disolución corrosiva fue la primera manera de tener una evaluación cuantitativa del proceso de corrosión. Después, se relacionó la cantidad de material disuelta por corrosión en un tiempo dado, con la densidad y área del material en cuestión para poder calcular la pérdida de espesor del material por unidad de tiempo, de la siguiente manera. Ejemplo:

Así surgieron unidades de penetración de ataque muy conocidas, como mpy (mili pulgadas por año) o μpa(micras por año). Es de tomar en cuenta que las unidades de penetración por tiempo, supone que la corrosión es uniforme (es decir, que afecta a toda la superficie geométrica). Esto trae como consecuencia que si la corrosión no es uniforme (por picaduras, por ejemplo), donde se ataca una pequeña zona del material, las velocidades de corrosión reportadas serán más bajas a las que en realidad se observan dentro de la picadura y, por la tanto, la falla por picadura se dará antes del plazo marcado para la corrosión uniforme. Hay que recalcar que, si bien por este método se puede evaluar la velocidad de dilución del metal en un medio dado, proporciona idea alguna sobre el mecanismo de la corrosión, ni es posible hacer predicciones teóricas acerca de materiales nuevos. Otra de las limitaciones prácticas de este método es que su sensibilidad está limitada a la sensibilidad de la balanza, por lo que los ensayos muy severos (que no siempre representan las condiciones reales de corrosión) y siempre son destructivos. Por último, es importante remarcar que los valores de corrosión obtenidos por este método son valores promedio y no se tiene acceso a conocer los cambios de la velocidad de corrosión en cada momento, perdiendo valiosa información sobre la cinética misma del proceso de corrosión.

Materiales

· 20 muestra de acero de bajo carbono de área conocida

· Dos cristalizadores de 9 cm de diámetro (pueden sustituirse con frascos de vidrio de boca ancha)

· Hilo de nylon delgado para sostener las muestras

Equipo

· Un desecador (puede omitirse si el ensayo se hace rápidamente).

· Una balanza analítica (precisión de 0.1 mg).

· Pinzas para manipular las muestras

Variables que se deben controlar

· Peso de la muestra

· Tiempo de inmersión (1.5, 3, 17, 40 y 87 horas)

Parámetro experimental: área geométrica de las muestras

Desarrollo experimental

· Preparación de materiales: Se toma una placa de acera de bajo carbono y se cuadrícula al área deseada; luego se perfora con la misma broca cada uno de los cuadritos marcados en la placa, y, por último, se recorta la cuadrícula con una cizalla grande para obtener las muestras deseadas

· Limpieza inicial: Para que un ensayo de pérdida de peso sea correcto, la pieza sujeta debe estar perfectamente seca, sin grasa y sin óxidos poco adherentes. En esta práctica, todas las muestras se lijaron con papel lija número 240 en contacto con agua, luego se enjuagaron con acetona, se secaron con aire y se guardaron en un desecador antes de sumergirlas en las soluciones.

· Pesada: Las muestras se secaron una por una del desecador para rápidamente en la balanza analítica. La pesada debe hacerse con pinzas para no dejar grasa en las muestras. Se registró el peso de cada una por duplicado y se les anudó el hilo de nylon con una etiqueta a cada una.

· Inmersión: Se preparó un cristalizador con ácido sulfúrico 0.05M y con ácido nítrico 0.1M y cada uno se sumergieron 10 muestras de acero ( por duplicado) previamente pesadas.

Al término de cada uno de los tiempos elegidos se retiraron los duplicados, se observó su superficie, se enjuagaron con agua, acetona y se secaron con aire antes de volver a pesarlas

· Limpieza Final: En los casos en que se formen productos de corrosión insolubles sobre la superficie del material, es conveniente someterlo a una limpieza química que disuelva esos productos insolubles, pero no al metal base.

Con el fin de comparar el efecto del decapado químico, todas las muestras se sumergieron por 1 min. Y en algunos casos producto de corrosión en una solución de ácido clorhídrico inhibida con peróxido de antimonio.

Exploración de resultados

A partir de la información anterior se obtuvieron tres gráficas. De los resultados de la ilustración 3, se observa que la corrosión del acero en ácido nítrico no es uniforme: en la primera hora y media ésta es muy fuerte, mientras que entre 1.5 y 20 horas el comportamiento a la corrosión es lineal, pero de las 20 horas, la tendencia es a disminuir. El cambio, la corrosión en el ácido sulfúrico es siempre uniforme y sigue un comportamiento, aunados a las observaciones de la formación de los productos de corrosión sólo en el ácido nítrico y no el ácido sulfúrico, muestran que estos son capaces de frenar el ataque del acero en comparación con la alta velocidad que mostraba desde el inicio hasta las 20 hrs. En las ilustraciones 4 y 5 se muestra el efecto del decapado químico sobre la perdida de peso. De estas gráficas se observa que los puntos se formaron productos de corrosión adherentes, existe una diferencia de peso apreciable.

Esto último es muy importante, ya que, si no se cuida perfectamente el decapado químico, la solución de limpieza es capaz de disolver los productos de corrosión adherentes y con ellos al metal base, produciéndose discrepancias inaceptables en los valores de pérdida de peso

Conclusiones

· Este método no da información respecto al porqué de la ocurrencia de la corrosión, pero es posible seguir el comportamiento ante la corrosión de un material en un medio dado, como el caso del acero en ácido nítrico que habla de una tendencia a la pasivación del acero después de las 20 hrs. de ensayo.

· El método es muy sensible a la forma de manipular las muestras y sobre todo a su limpieza química cuando existen productos de corrosión, como se muestra en la ilustración