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Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales 2009; S1 (1): 93-103
RESISTENCIA A LA CORROSION POR PICADURAS DE RECUBRIMIENTOS BASE NiCr
EN AMBIENTES RICOS EN CLORUROS
C.D Arrieta-González1,2, J. Porcayo-Calderón3*, V.M. Salinas-Bravo3, J.G. Chacón-Nava1, J.G.
González-Rodríguez4
9
Este artículo forma parte del “Volumen Suplemento” S1 de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales
(RLMM). Los suplementos de la RLMM son números especiales de la revista dedicados a publicar memorias de
congresos.
9
Este suplemento constituye las memorias del congreso “X Iberoamericano de Metalurgia y Materiales (X
IBEROMET)” celebrado en Cartagena, Colombia, del 13 al 17 de Octubre de 2008.
9
La selección y arbitraje de los trabajos que aparecen en este suplemento fue responsabilidad del Comité
Organizador del X IBEROMET, quien nombró una comisión ad-hoc para este fin (véase editorial de este
suplemento).
9
La RLMM no sometió estos artículos al proceso regular de arbitraje que utiliza la revista para los números regulares
de la misma.
9
Se recomendó el uso de las “Instrucciones para Autores” establecidas por la RLMM para la elaboración de los
artículos. No obstante, la revisión principal del formato de los artículos que aparecen en este suplemento fue
responsabilidad del Comité Organizador del X IBEROMET.
0255-6952 ©2009 Universidad Simón Bolívar (Venezuela)
91
Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales 2009; S1 (1): 93-103
RESISTENCIA A LA CORROSION POR PICADURAS DE RECUBRIMIENTOS BASE NiCr
EN AMBIENTES RICOS EN CLORUROS
C.D Arrieta-González1,2, J. Porcayo-Calderón3*, V.M. Salinas-Bravo3, J.G. Chacón-Nava1, J.G.
González-Rodríguez4
1: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, Miguel de Cervantes 120, 31109-Chihuahua, Chihuahua, MEXICO.
2: Instituto Tecnológico de Zacatepec, Depto. De Ingeniería Química y Bioquímica, Av. Instituto Tecnológico 27,
Zacatepec, Morelos, MEXICO
3: Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Materiales y Procesos Químicos, Av. Reforma 113, Col. Palmira,
62490-Cuernavaca, Morelos, MEXICO.
4: Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas-UAEM, Av. Universidad 1001, Col. Chamilpa, 62210Cuernavaca, Morelos, MEXICO.
* E-mail: [email protected]
Trabajos presentados en el X CONGRESO IBEROAMERICANO DE METALURGIA Y MATERIALES IBEROMET
Cartagena de Indias (Colombia), 13 al 17 de Octubre de 2008
Selección de trabajos a cargo de los organizadores del evento
Publicado On-Line el 20-Jul-2009
Disponible en: www.polimeros.labb.usb.ve/RLMM/home.html
Resumen
Se caracterizó la resistencia a la corrosión por polarización potenciodinámica de aleaciones intermetálicas Fe3Al
modificadas con la adición de Ni (1, 3 y 5% en peso) en una solución de Hank (solución fisiológica artificial) a pH de 7.4
y 37°C. Las aleaciones intermetálicas fueron evaluadas con y sin tratamiento térmico. Como comparación, también fue
evaluado el comportamiento de Ti y acero inoxidable 316-L, materiales comúnmente empleados como implantes en
aplicaciones ortopédicas. Se emplearon tres diferentes acabados superficiales (desbaste con papel abrasivo grado 120,
grado 600 y pulido con pasta de diamante 0.5 μm). Se observó que la velocidad de corrosión que experimentan las
aleaciones intermetálicas, es dependiente tanto del acabado superficial, contenido de Ni y tratamiento térmico..
Palabras Claves: Intermetálicos, corrosión, Fe3Al, polarización, cloruros, biomateriales
Abstract
The corrosion resistance of Fe3Al intermetallic alloys modified with Ni addition (1, 3 and 5% in weight) was
characterized in a Hank´s solution at pH 7.4 and 37°C by potentiodynamic polarization. The intermetallic alloys were
evaluated both as casting and with thermal treatment. As comparison, the corrosion behavior of Ti and 316L stainless steel
were also evaluated. Three different surface finishes were used. It was observed
Keywords: Intermetallic, corrosion, Fe3Al, polarization, chlorides, biomaterials
1. INTRODUCCIÓN
Los metales y aleaciones han sido ampliamente
usados en varias formas como implantes los cuales
proporcionan la resistencia mecánica requerida y
una resistencia razonable a la corrosión. Los
implantes metálicos son usualmente fabricados de
acero inoxidable austenítico, aleaciones cromocobalto así como de titanio y sus aleaciones. Estos
materiales son aceptados por el ambiente humano
por su capa de oxido inerte y pasiva formada sobre
su superficie. Los constituyentes elementales
principales así como los aleantes minoritarios de
estos materiales son usualmente tolerados por el
0255-6952 ©2009 Universidad Simón Bolívar (Venezuela)
cuerpo en cantidades de trazas. Entre todos estos
materiales, el titanio y sus aleaciones son los
materiales más resistentes a la corrosión. Sin
embargo, su principal desventaja son sus altos
costos, sus propiedades inferiores al desgaste, la
difusión de oxígeno en el titanio durante su
fabricación y el tratamiento térmico lo hace frágil.
El titanio es considerado como altamente pasivo y la
película pasiva formada sobre el titanio y sus
aleaciones son poco reactivas. En estas aleaciones el
estado pasivo no es completamente estable y bajo
ciertas circunstancias ocurre rompimiento localizado
de la capa protectora. Estas deficiencias han
93
Porcayo et al
demandado la modificación superficial del material,
lo cual podría realzar su resistencia a la corrosión y
desgaste sin alterar sus propiedades mecánicas [1].
Los aceros inoxidables austeniticos, especialmente
el tipo 316L es el material más ampliamente usado
en la fabricación de implantes por su costo,
facilidad de fabricación y soldadura en comparación
con las aleaciones Co-Cr, Ti y sus aleaciones. El
acero inoxidable 316L posee una resistencia a la
corrosión aceptable, biocompatibilidad, resistencia a
la tensión y fatiga, y densidad adecuada para
propósitos de soporte de carga haciendo de este
material un material deseable para implantes
quirúrgicos [2].
Debido a que la corrosión es uno de los principales
problemas de falla de los implantes, algunos
criterios esenciales para la selección de nuevos
materiales o materiales alternativos es la naturaleza
de las películas pasivas formadas, sus propiedades
mecánicas y naturaleza bioactiva de las superficies.
Por ello se han propuesto el desarrollo de nuevas
aleaciones con la adición de metales más nobles que
sustituyan a los aceros inoxidables comúnmente
usados y al titanio y sus aleaciones, así como el
desarrollo de recubrimiento protectores que mejoren
las propiedades de los metales y aleaciones cuando
son expuestos a ambientes agresivos. Los altos
costos de los materiales convencionalmente
empleados como implantes ha despertado el interés
por el empleo de los tratamientos superficiales vía la
deposición de recubrimientos para mejorar la
resistencia a la corrosión de materiales menos
costosos que pudieran sustituir a los convencionales.
En este sentido se puede decir que se ha
incrementado el interés por el uso del proceso de
proyección térmica para la deposición de
recubrimientos protectores sobre una amplia
variedad de sustratos.
La adherencia de los recubrimientos obtenidos por
este proceso es principalmente de tipo mecánico y
dependiente de la rugosidad superficial del sustrato.
La técnica de proyección térmica HVOF mejora
significativamente la calidad del recubrimiento, ya
que la alta energía cinética de las partículas genera
recubrimientos muy densos con alta adherencia
comparado con el rociado por plasma convencional
[3]. Los recubrimientos aplicados por proyección
térmica consisten de una familia de sistemas de
deposición con los cuales se puede recubrir un
sustrato con una variedad de materiales que son
calentados a un estado fundido o semifundido y
94
proyectados a una velocidad tal, contra el sustrato,
para producir una fuerza de enlace satisfactoria para
la aplicación. Estas características, hacen que la
proyección térmica sea una de las herramientas más
versátiles para la protección de componentes [4].
Con base a estas premisas, en este trabajo se evaluó
la resistencia a la corrosión por picaduras de
recubrimientos base NiCr como una alternativa del
empleo de éstos materiales en aplicaciones como
biomateriales. Complementario a este estudio se
realizaron pruebas de polarización potenciodinámica
y resistencia a la polarización lineal.
2.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1 Materiales evaluados
Los recubrimientos fueron elegidos en función de su
contenido de níquel y cromo, con la finalidad de
observar la influencia de otros aleantes sobre el
comportamiento del recubrimiento base (Ni20Cr).
Con base en esto se seleccionaron los sistemas
reportados en la tabla 1 y 2.
Tabla 1. Recubrimientos evaluados y composición
química (% en peso).
Recubrimient
Ni
Cr
Y2O
Al
o
Co
3
Ni20Cr
80
20
NiCrAl
78.
16.
5.
1
1
8
60.
28.
9.
9
2
9
74
17.
5.
5
5
NiCrAlY
NiCrAlYCo
1
2.
0.5
5
Tabla 2. Composición química (% en peso) del
recubrimiento de carburo de cromo.
Recubrimiento
Ni20Cr
Cr3C2
Cr3C2(NiCr)
20
80
Para propósitos de comparación al mismo tiempo
también fue evaluado el desempeño del acero
inoxidable 316L y Titanio.
2.2
Proceso
de
Aplicación
de
los
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
Resistencia a la corrosion por picaduras de recubrimientos base
Recubrimientos
Los recubrimientos Ni20Cr, NiCrAl, NiCrAlY y
NiCrAlYCo fueron aplicados por proyección
térmica de polvos por flama oxiacetilénica con una
pistola marca Sulzer-Metco modelo 5PII. El
material de alimentación se suministra con un
alimentador de polvos, dentro de un flujo de aire
comprimido o gas el cual lo suspende y entrega a la
flama donde se calienta a un estado fundido o
semifundido y entonces se proyecta hacia el sustrato
formado el recubrimiento. En todos los casos se
emplearon los mismos parámetros de aplicación
como distancia de rociado, presión y flujo de gases.
El recubrimiento Cr3C2(NiCr) fue depositado
mediante el sistema supersónico HVOF (High
Velocity Oxygen-Fuel) con un equipo marca SulzerMetco modelo DJ2700 con una flama generado por
la combustión de una mezcla oxígeno-propano. La
velocidad de proyección de las partículas es mayor a
los 500 m/s y debido a la alta energía cinética al
momento del impacto de las partículas se generan
recubrimientos con alta densidad y baja porosidad.
Previo a la aplicación de los recubrimientos, las
muestras fueron limpiadas con acetona y preparadas
superficialmente por ráfaga de granalla de alúmina
de acuerdo con la norma NACE No. 1/ SSPC-SP 5
[5].
Posteriormente
fueron
desengrasadas
nuevamente con acetona y en esta condición se
procedió a la aplicación de los recubrimientos.
Para las pruebas de corrosión se emplearon los
recubrimientos en dos condiciones superficiales, en
su condición como depositado y con un acabo
superficial equivalente al generado por el desbaste
de su superficie con lija de carburo de silicio grado
600. A cada probeta se les soldó un alambre
conductor de cobre mediante la técnica de spotwelding y en estas condiciones fueron encapsuladas
en resina epóxica y empleadas como electrodos de
trabajo.
2.3 Pruebas Electroquímicas
En todos los ensayos se empleó un sistema de tres
electrodos con un electrodo de calomel saturado
como electrodo de referencia y un alambre de
platino en forma de espiral como contraelectrodo.
Las pruebas fueron realizadas con un sistema
AutoTafel de ACM Instruments controlado por una
computadora. La solución empleada en este estudio
fue la solución de Hank que fue preparada
mezclando reactivos grado analítico y agua destilada
a un pH de 7.4. La tabla 3 reporta la composición de
la solución, ésta simula el medio fisiológico del
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cuerpo humano para el estudio del comportamiento
de corrosión in vitro de biomateriales, además de
que su contenido de cloruros la hace adecuada para
simular ambientes marinos suaves [6].
Tabla 3. Composición de la solución de Hank.
Componente
Concentración [g/l]
NaCl
8.0
CaCl2
0.14
KCl
0.40
NaHCO3
0.35
Glucosa
1.00
NaH2PO4
0.10
MgCl2.6H2O
0.10
Na2HPO4.2H2O
0.06
MgSO4.7H2O
0.06
En todos los casos se empleó un volumen de
solución de 100 ml en condiciones deaereadas con
nitrógeno y a una temperatura de 37 ± 1°C
controlada por un baño de agua. Previo a las
mediciones electroquímicas, las muestras fueron
sumergidas en la solución de prueba alrededor de 60
minutos mientras se medía su potencial de circuito
abierto hasta que se estabilizaba y entonces se
realizaban los ensayos.
Para el caso de las pruebas de polarización
potenciodinámica se empleó una velocidad de
barrido de 0.166 mV/s de -300mV a +300mV
respecto al potencial de circuito abierto. La técnica
de polarización potenciodinámica se emplea
generalmente para determinar la velocidad de
corrosión general del espécimen y nos muestra una
descripción cualitativa del espécimen en el
electrolito y nos ayuda a detectar cualquier
tendencia del espécimen a la pasivación.
Las pruebas de resistencia a la polarización fueron
realizadas durante dos semanas con mediciones cada
24 horas a una velocidad de barrido de 0.166 mV/s
de -10 mV a +10 mV respecto al potencial de
circuito abierto.
La resistencia a la corrosión por picaduras se
determinó mediante pruebas de polarización anódica
de acuerdo a lo descrito en las normas ASTM
F2129-01 y G3-89 o alternativamente la ASTM
95
Porcayo et al
G61-86. En síntesis en esta prueba se permite que el
electrodo de trabajo se estabilice a su potencial de
corrosión libre alrededor de una hora, y
posteriormente es barrido lentamente (0.166 mV/s)
en la dirección anódica hasta que el potencial
alcanza un valor prefijado. En este punto la
dirección de barrido se invierte hasta que el ciclo de
histéresis se cierra como se ilustra en la curva (a) de
la figura 1 [7].
Figura 1. Representación esquemática de las respuestas
de polarización anódica en electrolitos que contienen
iones haluro: (a) picadura normal (homogénea) sin
perturbación por hendidura, (b) solamente hendidura, (c)
repasivación de picaduras heterogéneas + hendidura, (d)
picaduras heterogéneas sin repasivación de hendidura [7].
El potencial al cual la corriente incrementa
abruptamente es el potencial de nucleación de
picadura, Enp, mientras que el potencial al cual la
corriente es prácticamente cero durante el barrido
inverso es el de protección, Epp.
Posterior a las pruebas las muestras fueron
analizadas mediante microscopía electrónica de
barrido para observar aspectos superficiales.
3.
La adherencia de los recubrimientos al sustrato se
debe principalmente a fuerzas de enlace mecánico
debido al entrecruzamiento de las partículas que se
deforman al momento del impacto con la aspereza
superficial del sustrato. La figura 3 muestra el
aspecto de la interfase recubrimiento-sustrato para
ambos procesos de aplicación empleados, para
resaltar las características de la unión recubrimientosustrato el metal base fue atacado. Se observa que
las primeras partículas que impactaron la superficie
del sustrato se deformaron completamente
penetrando sobre las imperfecciones superficiales
con lo que se garantiza una adecuada fuerza de
adherencia [8].
3.2 Pruebas de Polarización Potenciodinámica
La figura 4 muestra las curvas de polarización
potenciodinámica obtenidas para el Ti y acero
inoxidable 316L. Se observa que tanto el Ti como
el acero inoxidable 316L presentaron velocidades de
corrosión bajas y del mismo orden de magnitud. De
acuerdo al rango de polarización realizado, se puede
observar en ambos materiales, un proceso de
corrosión uniforme arriba de su potencial de
corrosión, mostrando un ligero incremento en la
corriente de corrosión al incrementar de manera
significativa el potencial aplicado.
RESULTADOS Y DISCUSION
3.1 Características de los Recubrimientos
La figura 2 muestra el aspecto en sección transversal
de los recubrimientos evaluados. Las primeras
cuatro
micrografías
corresponde
a
los
recubrimientos aplicados por el proceso de
proyección térmica de polvos por flama, y de ellas
se observas las características típicas de este tipo de
recubrimientos, es decir, son heterogéneos, poseen
una estructura laminar paralela al sustrato, presencia
de porosidad, partículas parcialmente fundidas (no
deformadas durante el impacto), partículas
parcialmente fracturadas debido a la velocidad de
impacto con la superficie y la presencia de óxidos
atrapados. La micrografía 2-e corresponde al
96
aspecto típico de un recubrimiento depositado por el
proceso HVOF, debido a las características de este
proceso, los recubrimientos poseen una alta
densidad y una porosidad menor a 1% [4]. La
aparente porosidad observada en la figura 2-e, se
debe al desprendimiento de partículas de carburo de
cromo durante el proceso de preparación
metalográfica de la muestra.
(a)
(b)
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Resistencia a la corrosion por picaduras de recubrimientos base
(c)
(d)
Potencial (mV respecto ECS)
empleado no fue suficiente para el ataque por
picaduras lo cual es muy común en este tipo de
materiales a valores más altos de polarización o a
tiempos prolongados de inmersión [12].
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
-400
-450
-500
-550
Titanio
316L
0.0000001 0.000001
0.00001
0.0001
0.001
2
Densidad de Corriente (mA/cm )
0.01
Figura 4. Curvas de polarización potenciodinámica para
el acero 316L y Titanio.
(e)
Figura 2. Aspecto en sección transversal de los
recubrimientos evaluados; (a) Ni20Cr, (b) NiCrAl, (c)
NiCrAlY, (d) NiCrAlYCo, (e) Cr3C2(NiCr).
(a) Titanio
(b) 316L
Figura 5. Aspecto superficial después de las pruebas de
polarización potenciodinámica.
(a)
(b)
Figura 3. Aspecto de la interfase recubrimiento-sustrato,
(a) NiCrAlY-acero inoxidable, (b) Cr3C2(Ni20Cr)-acero
inoxidable.
La figura 5 muestra aspectos superficiales de ambos
materiales después de la prueba de polarización, se
observa que no existe presencia visible de daño
superficial por un proceso de corrosión como
picaduras lo cual es común en este tipo de medios
corrosivos. El comportamiento del Titanio puede ser
debido a su capacidad de formación de una capa
pasiva de TiO2 sobre su superficie como se reporta
en otros estudios [9-11]. El rango de polarización
empleado no afecta la capacidad protectora de la
capa y por ello la tendencia de un proceso de
corrosión uniforme. De igual forma el acero
inoxidable 316L tiene la capacidad de
autoprotegerse por la formación de una capa
protectora de Cr2O3. El rango de polarización
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
La figura 6 muestra las curvas de polarización de los
recubrimientos en su condición como depositados.
En general se observa que el potencial de corrosión
varió con la composición del recubrimientos, en el
orden de Ni20Cr > Cr3C2(Ni20Cr) > NiCrAlY >
NiCrAl > NiCrAlYCo. Todos los recubrimientos
mostraron potenciales de corrosión más negativos
que el acero inoxidable 316L, esto sugiere que estos
recubrimientos pueden actuar como barreras
protectoras sobre éste material y no inducirían un
proceso de corrosión galvánica en caso de que el
electrolito penetrara a través de la porosidad del
recubrimiento hasta la interfase metal-recubrimiento
[13]. De acuerdo a la composición química de los
recubrimientos, podemos observar de manera
cualitativa que la adición de Al al sistema NiCr
disminuye su potencial de corrosión, esto es
consistente con estudios sobre recubrimientos ricos
en Al donde se reportan potenciales de corrosión
muy negativos y por ellos su empleo de este tipo de
97
Porcayo et al
sistemas como recubrimientos de sacrificio en
ambientas salinos [14]. Respecto a los demás
elementos no se observa alguna tendencia definida.
De igual forma se observa que la icorr experimentada
incrementó en el orden de NiCrAl > NiCrAlYCo >
Ni20Cr > NiCrAlY > Cr3C2(Ni20Cr). De acuerdo a
la tendencia se puede observar que el sistema de
recubrimientos con presencia de partículas pasivas
como el Cr3C2 es el que presentó la mayor
resistencia a la corrosión, seguido del sistema de
recubrimientos con mayor contenido de Al. Esto es
consistente por un lado con el hecho de que la
superficie del recubrimiento Cr3C2(NiCr) está
saturada por partículas de carburo de cromo y por
otro lado, la superficie del recubrimiento NiCrAlY
puede presentar mayor densidad de óxidos de Al
generados durante el proceso de proyección.
Potencial (mV respecto ECS)
100
0
-100
-200
-300
-400
-500
-600
-700
-800
-900
-1000
1E-07
Ni20Cr
NiCrAl
NiCrAlY
NiCrAlYCo
Cr3C2(NiCr)
1E-06
1E-05 0.0001 0.001
0.01
2
Densidad de Corriente (mA/cm )
0.1
(b) NiCrAl
(c) NiCrAlY
(d) NiCrAlYCo
1
Figura 6. Curvas de polarización potenciodinámica de
los recubrimientos en su condición como depositados.
La figura 7 muestra el aspecto de la superficie de los
recubrimientos después de la prueba de
polarización. Las micrografías muestran las
características superficiales típicas de los
recubrimientos aplicados por los procesos de
proyección térmica de polvos por flama
oxiacetilénica (figuras 7a-6d) y HVOF (figura 7e).
No se observan daños ocurridos por el proceso de
polarización y es notoria la gran área superficial
debido a irregularidades superficiales, esto indica
que los valores de icorr medidos a partir de las
dimensiones de las probetas, deben ser mucho
menores por el área de reacción real que se observa.
98
(a) Ni20Cr
(e) Cr3C2(Ni20Cr)
Figura 7. Aspecto superficial de los recubrimientos en su
condición como depositados después de la prueba de
polarización potenciodinámica.
En la figura 8 muestra las curvas de polarización de
los recubrimientos con acabado superficial por lija
grado 600. Comparando las figuras 6 y 8 se puede
observar que los recubrimientos pulidos en su
superficie, excepto el NiCrAl y NiCrAlYCo,
presentaron potenciales de corrosión más negativos
que los recubrimientos sin pulir. Esto es posible ya
que los recubrimientos sin pulir presentan sobre su
superficie oxidación debido al proceso de
proyección. También en este caso el potencial de
corrosión varió con la composición de los
recubrimientos, en el orden de NiCrAl > Ni20Cr >
Cr3C2(NiCr) > NiCrAlY > NiCrAlYCo, y de igual
forma mostraron potenciales de corrosión más
negativos que el acero inoxidable 316L indicando
que sin importar el acabado superficial del
recubrimiento, éstos pueden actuar como
recubrimientos protectores sobre el 316L.
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
Resistencia a la corrosion por picaduras de recubrimientos base
Prácticamente es la misma tendencia mostrada en
los recubrimientos sin pulir excepto por el NiCrAl
cuya tendencia cambió y pudiera estar asociado con
la presencia de óxidos atrapados en la estructura del
recubrimiento. La icorr varió en el orden de NiCrAlY
> NiCrAlYCo > NiCrAl > Cr3C2(NiCr) > Ni20Cr.
En este caso se observa que la tendencia cambió
completamente y puede estar asociado a la
estabilidad química que posee cada recubrimiento.
Se puede considerar que el recubrimiento Ni20Cr es
más estable al desarrollar rápidamente una capa
protectora de Cr2O3 y el Cr3C2(NiCr) de igual forma
aunado al hecho de la gran densidad de partículas
pasivas de carburo de Cr. Para el resto de los
recubrimientos, la ausencia de una superficie
preoxidada y la distribución heterogénea de Al en
sus partículas favoreció una mayor densidad de
corriente de corrosión. Esto último debido a que las
aleaciones en polvo empleadas son en realidad
partículas de NiCr donde el resto de los elementos
(como Al, Co y/o Y2O3) se encuentran en su
superficie y al momento de su proyección se
integran de manera parcial a la partícula [4].
Potencial (mV respecto ECS)
100
0
-100
-200
-300
muy estable con la menor icorr, seguido del 316L. El
316L muestra algunas variaciones en icorr debido
quizá a la ruptura de su capa pasiva. Los
recubrimientos con acabado superficial pulido
muestran valores de icorr menores que los mismos
recubrimientos sin acabado superficial, esto
pareciera contradictorio si se considera que los
recubrimientos sin acabado superficial presentan
una superficie preoxidada, pero se justifica por lo
establecido previamente en el sentido de que el área
de reacción real de estos recubrimientos sin acabado
superficial es mucho mayor que la calculada debido
a su rugosidad superficial (ver figuras 7 y 9).
(a) Ni20Cr
(b) NiCrAl
(c) NiCrAlY
(d) NiCrAlYCo
Ni20Cr
NiCrAl
NiCrAlY
NiCrAlYCo
Cr3C2(NiCr)
-400
-500
-600
-700
-800
-900
1E-07
1E-06
1E-05 0.0001 0.001
0.01
Densidad de Corriente (mA/cm2)
0.1
1
Figura 8. Curvas de polarización potenciodinámica de
los recubrimientos con acabado superficial pulido.
Los aspectos morfológicos de las superficies
polarizadas se muestran en la figura 9. Se observa
que las superficies muestran porosidad revelada al
momento del pulido y los diferentes contrastes
indican la presencia de fases de composición
diferente. De igual forma no se observa la presencia
de daños debido a procesos de corrosión acelerada
como picaduras.
(e) Cr3C2(Ni20Cr)
Figura 9. Aspecto superficial de los recubrimientos con
acabado superficial pulido después de la prueba de
polarización potenciodinámica.
3.3
Pruebas de Resistencia a la Polarización
Lineal
La figura 10 muestra la variación de icorr calculadas
de las pruebas de resistencia a la polarización lineal,
se confirma que el Ti muestra un comportamiento
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
99
Porcayo et al
Figura 11. Curvas de polarización anódica para Ti y
316L.
0.04
0.035
2
icorr (mA/cm )
0.03
Cr3C2
NiCrAlYCo pulido
NiCrAl
Ni20Cr pulido
0.025
0.02
Cr3C2 pulido
NiCrAlY
NiCrAl pulido
316-L
NiCrAlYCo
NiCrAlY pulido
Ni20Cr
Titanio
0.015
0.01
0.005
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Tiempo (horas)
(a) Titanio
Figura 10. Variación de la icorr en función del tiempo.
3.4 Pruebas de Potencial de Picado
La figura 11 muestra las curvas de polarización
anódica para el 316L y Titanio. Se observa que el
acero 316L muestra densidades de corriente bajas
antes de que inicie el proceso de picaduras donde
ésta incrementa enormemente a partir de su
potencial de picado alrededor de los 530 mV. Al
realizar el barrido inverso se observa que su
potencial de pasivación es de 134 mV. En un
intervalo de aproximadamente 400 mV muestra un
comportamiento de picaduras metaestables con un
constante incremento y disminución de su densidad
de corriente. Huajuan Yang et.al. [15] obtuvieron
resultados muy similares a los aquí reportados bajo
las mismas condiciones experimentales, excepto que
en su trabajo reportan que el potencial de picado es
el correspondiente al punto (a) mostrado en la figura
11. Esto puede deberse a que estos autores
emplearon para su estudio un acero 316L fabricado
por ellos y en este trabajo se empleó una aleación
comercial, este punto corresponde exactamente a la
zona donde inicia el comportamiento de picado
metaestable indicado arriba. La figura 12 muestra el
aspecto superficial de este material después de la
prueba de polarización anódica, de ella se puede
observar la presencia de picaduras muy pequeñas.
1500
Potencial (mV respecto ECS)
1300
1100
316-L
Titanio
900
700
500
300
(a)
100
-100
-300
(b) 316L
Figura 12. Aspecto superficial después de las pruebas de
polarización anódica.
Respecto al titanio en la figura 11 se puede observar
que este material mostró una zona pasiva más
grande que el mostrado por el 316L con densidades
de corriente del mismo orden de magnitud. Se
observa que su potencial de picado es más anódico
de alrededor de los 880 mV respecto a su potencia
de corrosión y que su potencial de protección es de
alrededor de los 725 mV. Entre los 580 y 880 mV se
observan
ligeras
perturbaciones
en
su
comportamiento debido al rompimiento y
regeneración de la capa pasiva formada
probablemente de TiO2 como se reporta en otros
estudios [9-11]. Este comportamiento de gran
estabilidad de este material es que lo hace el más
adecuado como biomaterial desde el punto de vista
de corrosión. De acuerdo a la figura 12 se observa
que el titanio no mostró picaduras visibles y el
comportamiento
mostrado
corresponde
al
rompimiento y regeneración de su óxido protector.
La figura 13 muestra las curvas de polarización
anódica para los recubrimientos en su condición
como depositados. Se observa claramente que
ninguno muestra una respuesta típica de un proceso
de picado y repasivación de picaduras. De acuerdo a
la figura 1 se puede observar que las respuestas
obtenidas corresponden a procesos típicos de
corrosión por hendiduras. En el caso particular de
los recubrimientos NiCrAlY y Cr3C2(Ni20Cr) se
observó la repasivación de las hendiduras a
potenciales de -445mV y -360mV respectivamente,
y en los recubrimientos restantes no se observó
repasivación alguna.
-500
-700
1E-07
1E-06
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
2
Densidad de Corriente (mA/cm )
100
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
Resistencia a la corrosion por picaduras de recubrimientos base
700
Potencial (mV respecto ECS)
500
300
Ni20Cr
NiCrAl
NiCrAlY
NiCrAlYCo
NiCr-CrC
100
-100
-300
-500
(d) NiCrAlYCo
(c) NiCrAlY
-700
1E-07
1E-06 0.00001 0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
Densidad de Corriente (mA/cm2)
Figura 13. Curvas de polarización anódica para los
recubrimientos en su condición como depositados.
En la figura 14 se observan aspectos superficiales de
los recubrimientos después de las pruebas de
polarización anódica. De las micrografías se observa
que no es apreciable la presencia de hendiduras
generadas por el proceso de polarización que
justifiquen la respuesta obtenida, esto puede deberse
a que la superficie de los recubrimientos se
encontraba preoxidada por el proceso de aplicación
y la capa de óxido protegió al recubrimiento. Sin
embargo, la respuesta observada en las curvas de
polarización anódica se puede justificar al tomar en
cuenta que de acuerdo al proceso de deposición de
las partículas que da lugar a la formación del
recubrimientos, es decir la sobreposición de
partículas [4], es posible presencia de huecos y
hendiduras entre partículas que favorecieron la
respuesta obtenida. En las micrografías de la figura
14 es posible observar éstos aspectos mencionados.
(e) Cr3C2(Ni20Cr)
Figura 14. Aspecto superficial de los recubrimientos en
su condición como depositados después de la prueba de
polarización anódica.
La figura 15 muestra las curvas de polarización
anódica para los recubrimientos con acabado
superficial fino. La tendencia y forma de las curvas
es idéntica a la de los recubrimientos sin acabado
superficial (figura 13), es decir tampoco se observa
una respuesta típica de un proceso de picado y
repasivación de picaduras, solo de corrosión por
hendiduras. De igual forma, solo los recubrimientos
NiCrAlY y Cr3C2(Ni20Cr) presentaron repasivación
de las hendiduras a potenciales de -445mV y 380mV respectivamente. En el caso del
recubrimiento NiCrAlY el potencial de repasivación
es el mismo y en el caso del recubrimiento
Cr3C2(Ni20Cr) fue 20mV más catódico, respecto a
los mismos recubrimientos en su condición como
depositados.
600
(a) Ni20Cr
(b) NiCrAl
Potencial (mV respecto ECS)
500
400
300
Ni20Cr
NiCrAl
NiCrAlY
NiCrAlYCo
NiCr-CrC
200
100
0
-100
-200
-300
-400
-500
-600
1E-07
1E-06
0.00001 0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
2
Densidad de Corriente (mA/cm )
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
101
Porcayo et al
Figura 15. Curvas de polarización anódica de los
recubrimientos con acabado fino.
La figura 16 muestra aspectos superficiales de los
recubrimientos después de las pruebas de
polarización anódica. En este caso es evidente la
presencia de hendiduras entre las partículas que
forman el recubrimiento y la presencia de pequeñas
picaduras en la matriz de las partículas.
Las hendiduras son parte de los defectos que pueden
estar presentes en este tipo de recubrimientos y que
favorecieron el proceso de corrosión observado.
Esto se puede corroborar al observar la figura 2. En
algunos casos estas hendiduras crecieron por el
proceso de corrosión (figura 16a y 16b) y en otros se
formaron pequeñas picaduras en la matriz de las
partículas (figuras 16c y 16d).
4. CONCLUSIONES
Los ensayos de polarización potenciodinámica y
resistencia a la polarización muestran que el Ti y
acero inoxidable 316L presentan la mayor
resistencia a la corrosión.
Los potenciales de corrosión de los recubrimientos
con superficie preoxida mostraron valores más
nobles que los recubrimientos con superficie pulida.
(e) Cr3C2(Ni20Cr)
Figura 16. Aspecto superficial de los recubrimientos con
acabado superficial pulido después de la prueba de
polarización anódica.
Sin importar el acabado superficial de los
recubrimientos, todos presentan potenciales de
corrosión más negativos que el acero inoxidable
316L, lo cual los hace factibles de usar como
sistemas protectores sobre este acero.
En los recubrimientos con superficie preoxidada al
incrementar el contenido de Al y la presencia de
Cr3C2 disminuye el potencial de corrosión y se
incrementa la velocidad de corrosión.
Los recubrimientos con superficie pulida muestran
el mismo comportamiento respecto al potencial de
corrosión, pero la icorr depende de la estabilidad
química del recubrimiento en el electrolito. Siendo
más estable el recubrimiento Ni20Cr seguido del
Cr3C2(NiCr). La distribución heterogénea del Al en
los demás recubrimientos no les proporciona la
misma estabilidad química que la mostrada por el
Ni20Cr seguido del Cr3C2(NiCr).
Los ensayos de resistencia a la polarización
mostraron una gran estabilidad de los
recubrimientos evaluados.
(a) Ni20Cr
(c) NiCrAlY
(b) NiCrAl
(d) NiCrAlYCo
Las pruebas de potencial de picadura mostraron que
el Ti y acero inoxidable 316L presentan mayor
resistencia a la corrosión por picaduras. El 316L
muestra un potencial de picado de 530 mV y un
potencial de pasivación de 134 mV. El titanio
mostró un potencial de picado de 880 mV y un
potencial de protección de 725 mV.
Los recubrimientos mostraron un proceso de
corrosión por hendiduras debido a las características
de su proceso de formación, y solo el NiCrAlY y
Cr3C2(NiCr) presentaron un potencial de protección.
Ninguno de los recubrimientos mostró una zona de
pasivación definida y de acuerdo al aspecto de las
superficies corroídas no se observó la presencia de
picaduras sobre su superficie.
102
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
Resistencia a la corrosion por picaduras de recubrimientos base
El recubrimiento de carburo de cromo en ambos
casos mostró un potencial de pasivación alrededor
de los -370 mV, y el NiCrAlY alrededor de 445mV.
5. AGRADECIMIENTOS
C.D. Arrieta-González agradece al CONACYT el
apoyo económico proporcionado para la realización
de sus estudios de doctorado.
6. REFERENCIAS
[1] Dobbs, H.S. 1982 Fracture of titanium
orthopaedic implants. J. Mater. Sci. 17: 2398–
94
[2] Mudali, U.K., Sridhar, T.M. and Raj, B.
“Corrosion of bio implants”. Sadhana Vol. 28,
Parts 3 & 4, June/August 2003, pp. 601–637
[3] Lugscheider, E., Remer, P., Nyland, A. High
velocity oxy fuel spraying: An alternative to
the established APS-process for production of
bioactive coatings. Surface modification
technologies (ASM International) 2001.
[4] Lech Pawlowski. The Science and Engineering
of Thermal Spray Coatings. John Wiley &
Sons Ltd, (Sedond edition) 2008.
[5] Joint Surface Preparation Standard NACE No.
1/SSPC-SP 5. White Metal Blast Cleaning
[6] M.C. Garcia-Alonso, M.F. Lopez, M.L.
Escudero, J.L. Gonzalez-Carrasco, D.G.
Morris. Corrosion behaviour of an Fe3Al-type
intermetallic in a chloride containing solution.
Intermetallics 7 (1999) 185-191
[7] S. Frangini, N. De Cristofaro. Analysis of the
galvanostatic
polarization
method
for
determining reliable pitting potentials on
stainless steels in crevice-free conditions,
Corrosion Science 45 (2003) 2769–2786.
[8] A.A. Boudi, M.S.J. Hashmi, B.S. Yilbas. HVOF
coating of Inconel 625 onto stainless and
carbon steel surfaces: corrosion and bond
Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2009; S1 (1): 93-103
testing. Journal of Materials Processing
Technology 155–156 (2004) 2051–2055
[9] X. Cheng, S.G. Roscoe, Corrosion behavior of
titanium in the presence of calcium phosphate
and serum proteins. Biomaterials 26 (2005)
7350–7356.
[10] S. Tamilselvi, V. Raman, N. Rajendran,
Corrosion behaviour of Ti–6Al–7Nb and Ti–
6Al–4V ELI alloys in the simulated body fluid
solution by electrochemical impedance
spectroscopy. Electrochimica Acta 52 (2006)
839–846
[11] S. Luiz de Assis, S. Wolynec, I. Costa,
Corrosion characterization of titanium alloys
by electrochemical techniques. Electrochimica
Acta 51 (2006) 1815–1819
[12] H. Yang, K. Yang, B. Zhang, Pitting corrosion
resistance of La added 316L stainless steel in
simulated body fluids. Materials Letters 61
(2007) 1154–1157
[13] P.H. Suegama, C.S. Fugivara, A.V. Benedetti,
J. Fernandez, J. Delgado, J.M. Guilemany.
Electrochemical behavior of
thermally
sprayed stainless steel coatings in 3.4% NaCl
solution. Corrosion Science 47 (2005) 605–
620
[14] T.C. Simpson. Accelerated Corrosion Test for
Aluminum-Zinc Alloy Coatings. Corrosion,
Vol. 49, No. 7 (1993), pp 550-560
[15] Huajuan Yang, Ke Yang, Bingchun Zhang.
Pitting corrosion resistance of La added 316L
stainless steel in simulated body fluids.
Materials Letters 61 (2007) 1154–1157.
103