Tipos de Corrosión a la Atmósfera

Tipos de Corrosión a la Atmósfera. Mecanismos y factores que influyen.
Ponente: Dr. Carlos A. Echeverría Lage.
Tipos de corrosión a la atmósfera. Causas, mecanismos y factores que
influyen. Lugar en que se presentan.
Introducción.
La identificación de los tipos de corrosión, sus causas, mecanismos y factores que
influyen, es de gran importancia para el diagnóstico de los problemas de corrosión.
El diagnóstico además aporta elementos sobre los factores influyentes, entre los
cuales se encuentran como determinantes los problemas de diseño anticorrosivo, de
preparación superficial, de aplicación de recubrimientos, control de calidad y su
mantenimiento.
De lo anterior se deriva que el estudio de los tipos de corrosión a la atmósfera, sus
causas, mecanismos y factores que influyen aporta elementos a la hora de elaborar
los proyectos de pintura a la atmósfera.
1. Corrosión Atmosférica.
La corrosión atmosférica para el caso particular de
Cuba, es la principal
responsable de las mayores pérdidas por corrosión que presenta el país. Esto se
debe fundamentalmente a la condición de ser una isla larga y estrecha, rodeada de
mar, por lo que tiene una gran influencia del aerosol marino, fuente importante de
contaminantes y además por presentar una alta humedad relativa y por ende la
condensación de humedad sobre las superficies metálicas.
Como ya se había mencionado con anterioridad, la
desarrollo del país se encuentran en la costa norte
afectadas por la penetración del aerosol marino desde
vientos como se explicará posteriormente, de ahí que
estudio de este tipo de corrosión.
mayoría de las zonas de
y por consiguiente se ven
el mar transportado por los
sea de gran importancia el
La corrosión atmosférica, por ser una corrosión electroquímica, se desarrolla en
presencia de la humedad, de no existir humedad o alcanzar determinados niveles
insuficientes para la condensación, no tiene lugar la corrosión atmosférica.
Corrosión Atmosférica Uniforme o Generalizada (Húmeda).
Tipo: Corrosión electroquímica, atmosférica, uniforme.
Mecanismo: La corrosión atmosférica húmeda, se presenta bajo la acción de
delgadas películas de humedad no visibles, refiere Domínguez (1), que se forman
por condensación capilar, higroscopicidad, adsorción, etc, lo cual tiene lugar para
humedades relativas inferiores al 100 % y superiores al 50 %, según refieren
investigadores del tema, entre ellos Tomashov (2), Feliú (3), Corvo (4), Echeverría
(5), Morcillo (6), etc.
La presencia de contaminantes, principalmente los cloruros y sulfatos, provenientes
del aerosol marino, influye en la condensación de humedad y que esta se produzca a
humedades relativas inferiores incluso a 80%. Lo anterior es sostenido por algunos
investigadores entre ellos Feliú (3) y Echeverría (5) y queda demostrado por
Tomashov que la humedad relativa a la cual condensa la humedad, estará
función del contaminante sobre la superficie metálica (2).
en
Este mecanismo es el que se presenta en la mayoría de las horas del día y períodos
del año, es por ello que constituye el mecanismo fundamental. A partir de este se
pueden producir diferentes situaciones durante el proceso corrosivo, en dependencia
del espesor de la película de humedad sobre la superficie metálica.
Factores que influyen:
El factor determinante en este tipo de corrosión es la condensación de humedad y la
presencia de contaminantes.
De acuerdo con lo antes tratado, se comprende que la presencia de humedad sobre
la superficie metálica, incrementa considerablemente la velocidad de corrosión, e
incluso se refieren resultados de mayores incrementos en zonas de humedecimiento
y secado periódico, en lo que determina la falta de establecimiento de capas de
productos de corrosión protectoras (5).
No obstante se insiste que lo que determina la magnitud de la corrosión atmosférica
es el tiempo en que permanece la superficie metálica húmeda, destaca Domínguez.
(1).
En la corrosión atmosférica la humedad determina para que se produzca el proceso,
pero la presencia de los contaminantes es lo que influye en su verdadera magnitud.
Corrosión Atmosférica Mojada.
Tipo: Corrosión Electroquímica, atmosférica, uniforme.
Mecanismo: La corrosión atmosférica mojada se presenta en aquellas zonas donde
existe acumulación de agua en la cual pueden o no estar disueltos contaminantes,
como cloruros y sulfatos fundamentalmente. En estas condiciones la corrosión es
similar a lo que ocurre en el agua o en el agua de mar, aunque ligeramente superior,
ya que la difusión de oxígeno es mayor en una película de agua. En estas
condiciones y en presencia de depósitos se favorece la formación de celdas de
concentración, específicamente de aireación diferencial.
Factores que influyen:
El factor determinante en este tipo de corrosión es la presencia de agua y
contaminantes, además de la temperatura.
En presencia de agua un aumento de la temperatura aumenta la velocidad de
corrosión, hasta un punto en que se evapore y se detiene la corrosión.
La corrosión atmosférica mojada es menor que la húmeda, ya que en la primera
existe una delgada capa de humedad que afecta la difusión del oxígeno. Además
cuando se produce la corrosión atmosférica húmeda ella está acompañada de lluvia,
rocío, etc., lo cual contribuye al lavado de los contaminantes sobre la superficie
metálica, disminuyendo la corrosión.
2. Corrosión por celda de aireación diferencial.
Tipo: Corrosión Electroquímica, atmosférica, no uniforme, galvánica por celdas de
aireación diferencial. (1)
Mecanismo: Electroquímico en presencia de humedad adsorbida o de agua,
galvánico por diferencia de concentración de oxígeno, que se explica de la forma
siguiente:
Cuando surge una grieta, hendidura, intersticio, desprendimiento de la pintura,
depósitos de óxido o suciedades, todos ellos son causa de la aparición de celdas de
aireación diferencial. Debajo del depósito o en el interior del intersticio se crea un
área de difícil acceso para el oxígeno, que se constituye en ánodo, tan pronto como
en los alrededores con mayor acceso de oxígeno se crea un cátodo.
Esta diferencia de concentración, origina una diferencia de potencial, donde el ánodo
es la zona donde aparece la acumulación o depósito y el cátodo sus alrededores. A
la mayor concentración de oxígeno corresponde el mayor potencial (cátodo) y a la
menor concentración de oxígeno debajo del depósito o el intersticio corresponde el
menor potencial (ánodo), donde tiene lugar la corrosión localizada.
Ver Fig. 1 siguiente.
Factores que influyen: El factor determinante es la presencia de humedad,
conjuntamente con el depósito o el problema de diseño anticorrosivo, además de los
contaminantes que como el aerosol marino acelera el proceso corrosivo.
En este caso un aumento de la temperatura de la superficie metálica, elimina la
humedad adsorbida y detiene el proceso corrosivo. Observe como este tipo de
corrosión es menos frecuente en los techos sometidos a la radiación solar que en
partes inferiores de la carrocería.
En la Fig. No 16 del Anexo 5, se muestra una celda de aireación diferencial originada
por problemas de diseño anticorrosivo.
3. Corrosión interfacial.
La corrosión interfacial se presenta por debajo del recubrimiento como consecuencia
de una mala preparación de la superficie y contaminación de la misma. Este
problema es muy frecuente en las carrocerías de los automóviles una vez que se
realiza el proceso de chapistería, ya que posterior a la soldadura se aplica pintura,
sin eliminar el óxido y sin descontaminar la superficie.
Tipo: Corrosión Electroquímica, atmosférica, uniforme.
Mecanismo: Electroquímico en presencia de humedad adsorbida que penetra a la
pintura, al igual que el oxígeno, pero que se desarrolla únicamente cuando hay
contaminantes.
Cuando la superficie queda contaminada antes de pintar, fundamentalmente con
cloruros y sulfatos, ya están dadas las condiciones para la corrosión interfacial, de lo
contrario no ocurre. Ver Fig 2.
Las pinturas son permeables al agua y al oxígeno, los cuales la penetran hasta la
superficie metálica, pero ambos no pueden provocar el proceso de corrosión de no
existir contaminantes sobre la superficie que aumenten la conductividad en la
interfase acero – pintura y favorezcan el proceso corrosivo.
La magnitud de la corrosión, se explica por los mecanismos cíclicos de formación de
herrumbre por cloruros y sulfatos, como veremos seguidamente.
Fig. 1. Celdas de aireación diferencial
que aparecen en la figura en forma de
puntos. Su origen es la acumulación y
depósitos. Observa al centro.
3.1.
Fig. 2. Corrosión interfacial. Corrosión
que tiene lugar en la interfase aceropintura, ocasionado por una mala
preparación de la superficie. En este
caso culmina formando una celda.
Ciclo de Formación de Herrumbre por Cloruros.
El ciclo de formación de herrumbre por cloruros, comprende los siguientes pasos y
puede esquematizarse de la forma siguiente:
 El cloruro se deposita sobre la superficie metálica, formando con el acero cloruro
de hierro Fe Cl2.
 El cloruro de hierro (II) en presencia del oxígeno del aire y la humedad interviene
en la siguiente reacción:
4FeCl2 + 4H2O + O2 (g) = 2Fe2O3 (s) + 8 HCl
Como se observa se forma óxido férrico que precipita sobre la superficie metálica y
forma la herrumbre y se origina ácido clorhídrico.
 El ácido clorhídrico ataca el metal y forma nuevamente cloruro de hierro (II).
2HCl + Fe = H2 (g) + FeCl2
Es importante observar que el ataque fundamental sobre el metal se debe a la acción
del ácido, por lo cual se incrementa apreciablemente la velocidad de corrosión.
El cloruro de hierro repite el ciclo, por lo cual basta con un solo ión cloruro para que
se desencadene el proceso corrosivo.
3.2.
Ciclo de Formación de Herrumbre por Sulfatos.
El ciclo de formación de herrumbre por sulfatos es idéntico al ciclo por cloruros y
tiene los siguientes pasos:
 El sulfato se deposita sobre la superficie metálica, formando con el acero sulfato
de hierro Fe2SO4.
 El sulfato de hierro (II) en presencia del oxígeno del aire y la humedad interviene
en la siguiente reacción:
4Fe2SO4 + 4H2O + 4O2 (g) = 4Fe2O3 (s) + 4 H2SO4
Como se observa se forma óxido férrico que precipita sobre la superficie metálica y
forma la herrumbre y se origina ácido sulfúrico.
 El ácido sulfúrico ataca el metal y forma nuevamente cloruro de hierro (II).
H2SO4 + Fe = H2 (g) + FeSO4
Es importante observar que el ataque fundamental sobre el metal se debe a la acción
del ácido, por lo cual se incrementa apreciablemente la velocidad de corrosión.
Como se repite el ciclo, basta con un solo ión cloruro o ión sulfato para que se
desencadene el proceso corrosivo. Esto es de gran importancia práctica, ya que una
superficie contaminada con cloruros o sulfatos durante el proceso de chapistería,
pintura u otra reparación, tiene creadas las condiciones para que ocurran ambos
ciclos.
Por los elementos que se aportan, la acción corrosiva se debe a la presencia de los
iones hidróneo de los ácidos respectivos que se forman durante el ciclo y atacan al
metal.
Factores que influyen:
El factor determinante es la presencia del contaminante sobre la superficie metálica
como aerosol marino, en la interfase acero- pintura.
La presencia de humedad y oxígeno que deben atravesar la película de pintura, por
lo cual influye además el espesor del recubrimiento de pintura.
La aplicación de ceras o grasas impermeabilizan la pintura e impide la penetración
del oxígeno y del agua, aún cuando existan los contaminantes en la interfase acero –
pintura.
En la Fig. No 2, se muestra la corrosión interfacial, la cual al romper el recubrimiento
de pintura origina principalmente una celda de aireación diferencial.
4. Corrosión en resquicios o intersticios.
Tipo: Corrosión Electroquímica, no uniforme.
Mecanismo: Durante el diseño de una pieza, equipo o estructura metálica, el
diseñador debe tener especial cuidado en no crear intersticios, ya que estos
favorecen la acumulación de depósitos (contaminantes) y humedad, que propician el
desarrollo de este tipo de corrosión. La explicación de este mecanismo es similar al
de las celdas de concentración, que fue explicado con anterioridad.
Factores que influyen:
El factor determinante en este tipo de corrosión es la presencia de resquicios
(grietas, hendiduras, solapes, etc), conjuntamente con contaminantes y la humedad.
Los contaminantes provenientes del aerosol marino constituyen catalizadores del
proceso corrosivo.
En un resquicio tiene lugar la condensación a humedades relativas por debajo del
100 %, ya que se comporta como un capilar y por tanto se dan las condiciones para
que se desarrolle la corrosión.
En la Fig. No 3 y 4, se muestra la corrosión originada en resquicios.
Fig. 3. Corrosión en resquicios e
interfasial. El factor determinante en la
primera es el resquicio y en ambas la
presencia de contaminante sobre la
superficie metálica fundamentalmente
cloruros y sulfato del aerosol marino.
Fig. 4. Corrosión en Resquicios. El
factor determinante en este tipo de
corrosión es la presencia de resquicios
(grietas, hendiduras, solapes, etc),
conjuntamente con la acumulación de
contaminantes y la humedad.
5. Corrosión por par metálico.
Tipo: Corrosión Electroquímica, no uniforme.
Mecanismo: Galvánico, donde el metal más activo actúa como ánodo y sobre el
metal menos activo tiene lugar la reducción del agente oxidante y actúa como
cátodo.
Factores que influyen:
El factor determinante en este tipo de corrosión es la unión de metales de distinta
naturaleza, aunque influye también la magnitud de la diferencia de potenciales, la
diferencia de áreas, sobre todo cuando el área anódica es muy pequeña en
comparación con el área catódica.
Incrementa este proceso la presencia de contaminantes, la temperatura y el pH del
medio.
La corrosión por par metálico se produce por el contacto entre el cintillo y el metal de
la carrocería donde se deteriora la pintura.
Al analizar los tipos de corrosión, las causas y los factores que influyen, hay que
identificar en primer orden los problemas de diseño anticorrosivo que crean las
condiciones para que se presenten los distintos tipos de corrosión.
Entre los factores desencadenantes de los distintos tipos de corrosión se encuentran
en primer orden la humedad y la presencia de contaminantes, fundamentalmente el
aerosol marino.
6. Corrosión Fatiga.
Tipo: Corrosión Electroquímica, no uniforme con efectos mecánicos.
Mecanismo: Galvánico con efectos mecánicos, donde la grieta que se forma actúa
como ánodo y en ella se concentra la corrosión y en los alrededores de la grieta, en
el metal menos activo tiene lugar la reducción del agente oxidante y actúa como
cátodo.
Factores que influyen.
En la corrosión fatiga resulta fundamental la presencia de tensiones cíclicas, es decir
la fatiga, la que provoca conjuntamente con la corrosión la aparición de la grieta y su
rápido crecimiento por la acción combinada de la corrosión y la fatiga.
Otros factores que influyen son los contaminantes que originan la grieta o picadura.
Referencias Bibliográficas.
1. Introducción a la corrosión y protección de metales. Jorge A. Domínguez... et al.
Edición ENPES. MES. La Habana, 1987. 484 p
2. Tomashov, M. Theory of corrosion and protection of metals. La Habana : Edición
Revolucionaria, 1965. p:22
3. Feliu S. La corrosión y la protección del automóvil. Revista Iberoamericana de
Corrosión y Protección. Vol XVII No 4 1986. Pág. 251.
4. Corvo, F. Primera Variante del Mapa de Agresividad Corrosiva de la Atmósfera de
Cuba. III Congreso Iberoamericano de Corrosión y Protección. Memoria. Brasil,
Junio, 1989. p.405. Tomo I.
5. Echeverría, C. La corrosión atmosférica del acero y la protección temporal de los
centrales azucareros en la provincia de Matanzas. Tesis de opción al grado
científico de candidato a doctor en ciencias técnicas. Matanzas, 1991.
6. Corrosión y Protección de Metales en las Atmósferas de Ibero América. Manuel
Morcillo y Col. Parte I. Madrid España 1999. 816 páginas.
7. Echeverría, C. ¿Tiene ión sulfato el aerosol marino?. Revista Cubana de la
Construcción. Obras. Año 2/No 6/1998/33.
8. Echeverría C. Influencia de la corrosión atmosférica en la industria azucarera
cubana. Autor. Revista Centro Azúcar, No 3/2000/83.
9. Echeverría C. y Col. Corrosión atmosférica del acero en condiciones climáticas de
Cuba. Influencia del aerosol marino. Monografía. ISBN: 959 – 16 – 0188 – 3.
2001. Autor.