294 Comportamiento Corrosivo de Distintas Aleaciones Metálicas y Sistemas de Recubrimientos Poliméricos en Atmósferas Marino - Industrial Ortiz Bárbara 1, Gil Linda 2 bjzitro@gmail.com 1, lindaegil@gmail.com 2 Centro de Estudios de Corrosión-Unexpo Resumen El propósito de esta investigación abarca la evaluación y determinación del comportamiento corrosivo de aleaciones de acero al carbono, acero galvanizado, acero inoxidable, aluminio y cobre, así como de tres sistemas de recubrimientos poliméricos frente a la atmósfera Marino Industrial de una subestación eléctrica. Para esto se siguieron los procedimientos descritos en las normas ISO 9223-9226, ASTM G46 e ISO 4828. Los resultados demostraron que el proceso corrosivo de los metales en la subestación se rige por una corrosividad atmosférica C3 como consecuencia de categorías de sulfatación y salinidad atmosférica S1 y P1, respectivamente, tanto como tiempos de humectación de categoría 4. Los metales más afectados en este ambiente son el acero al carbono y cobre, con pérdidas de peso de 112,14 μm/a y 3,36 μm/a respectivamente, mientras que la menor pérdida de peso registrada fue la del acero inoxidable con 0,36 μm/a. El sistema de recubrimiento de mejor desempeño corresponde a un sistema epóxico con curado de poliaminoamidas que presenta buenas propiedades anticorrosivas frente a la agresividad atmosférica, comparado al resto de los sistemas evaluados, los cuales desarrollan fallas tales como herrumbrado, pérdida de adherencia, deslaminación y tizamiento. Palabras Claves categorías de corrosividad atmosférica, corrosión atmosférica, sistemas de recubrimientos poliméricos. I. INTRODUCCIÓN La corrosión atmosférica es un proceso de naturaleza electroquímica que se manifiesta por la degradación de un material expuesto a un medio ambiente corrosivo. Tiene lugar en una celda formada por un metal base, productos de corrosión, una superficie húmeda electrolítica y la atmósfera, además, se ve afectada por la acción de variables atmosféricas como humedad relativa, precipitaciones, temperatura, contaminantes atmosféricos, polvo, ubicación geográfica e incluso la posición del metal expuesto exhibe una marcada influencia en el comportamiento corrosivo. El fenómeno de corrosión frente a la atmósfera ha sido tema de numerosas investigaciones para su prevención y control debido a las pérdidas económicas que genera, más de los 50%, imputables a la corrosión metálica [1]. La corrosividad atmosférica, habilidad que posee una atmósfera para causar corrosión en un sistema dado (ISO 9223, 1992); genera importancia por la diversidad de atmósferas corrosivas existentes, que al combinarse hacen al proceso aún más agresivo. Los tipos de atmósferas conocidos son cinco (5): rurales, urbanas, industriales, marinas y mixtas; siendo ésta última la coexistencia de varias atmósferas. La clasificación de la corrosividad, según las Normas ISO, puede determinarse de dos (2) formas: en términos ambientales, en función los contaminantes atmosféricos principales (sulfatos y cloruros) y el tiempo de humectación, así como en términos de la velocidad de corrosión de muestras metálicas estándar. Las muestras metálicas estándar generalmente estudiadas incluyen las aleaciones de acero al carbono, zinc, cobre y aluminio debido a su amplia aplicación en la fabricación de estructuras que operan a la intemperie. También se han realizado estudios de corrosión atmosférica en aceros inoxidables con el fin de ampliar la información sobre la morfología de ataque que desarrolla, aunque actualmente en la normativa no existe una clasificación para la corrosividad en este tipo de material. Los sistemas de recubrimientos son empleados como técnicas de protección anticorrosiva en los metales expuestos al desnudo, de modo que se puedan prevenir fallas y alargar su tiempo vida útil. Los sistemas de recubrimientos poliméricos de son de fácil aplicación y mantenimiento, presentan una relación costo-beneficio muy atractiva y son versátiles, lo que los hace óptimos para su uso en distintas áreas de trabajo, pero su comportamiento frente a la atmósfera también depende de factores como el tiempo de humectación de la superficie pintada y la contaminación. Su estabilidad es afectada por la acción de la luz solar (en particular la radiación ultravioleta), el ozono, la acción microbiológica, erosión, entre otros. De esta manera, pueden sufrir fallas y desgastes que dificultan su rendimiento, por lo cual, organizaciones como ISO, ASTM y NACE han establecido diversas normas que sirven como herramientas para la realización de ensayos para la evaluación de las distintas fallas, brindando un apoyo en la selección de sistemas de recubrimientos adecuados.
295 II. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL A. Población y Muestra La población de estudio incluyó cinco (5) aleaciones metálicas: acero al carbono 1020, acero 1010 galvanizado, acero inoxidable 304, aluminio 3003 y cobre electrolítico 15720; así como tres (3) sistemas de recubrimiento poliméricos: Sistema A, capa fondo de cinc, capa intermedia de epoxiamida y capa de acabado de poliuretano; Sistema B, recubrimiento de dos componentes en base a resina epóxica y curado de poliaminoamida y Sistema C, recubrimiento de epoxi-vinil-éster modificado con elastómeros de vidrio; los cuales fueron aplicados en cuatro (4) sustratos metálicos, constituidos por las aleaciones anteriormente mencionadas, excepto el cobre. La muestra está formada por 5 placas de las aleaciones metálicas ya referidas al desnudo y doce (12) placas metálicas recubiertas con los 3 sistemas de recubrimiento; 3 grupos de 4 sustratos distintos. En las Tablas I y II se muestra la cantidad total de placas y la nomenclatura asignada a cada una para su identificación. Las dimensiones de éstas fueron de 100 x 150 mm, con un espesor promedio de 3 mm. TABLA I CANTIDAD Y NOMENCLATURA DE PLACAS DE ALEACIONES METÁLICAS Aleación Cantidad Nomenclatura Acero al Carbono 1 A3 Acero Galvanizado 1 AG3 Acero Inoxidable 1 AI3 Aluminio 1 AL2 Cobre 1 Cu2 TOTAL 5 - TABLA II CANTIDAD Y NOMENCLATURA DE PLACAS CON SISTEMAS DE RECUBRIMIENTOS POLIMÉRICOS Sistema de Recubrimiento Aleación Cantidad Nomenclatura Acero al Carbono 1 AA7 A Acero Galvanizado 1 AG7 Acero Inoxidable 1 AI7 Aluminio 1 AL7 Acero al Carbono 1 BA2 B Acero Galvanizado 1 BG7 Acero Inoxidable 1 BI7 Aluminio 1 BAL7 Acero al Carbono 1 CA5 C Acero Galvanizado 1 CG5 Acero Inoxidable 1 CI5 Aluminio 1 CAL5 TOTAL 12 - Las aleaciones metálicas y los sistemas de recubrimientos permanecieron expuestos a la intemperie en un banco de ensayo ubicado en la subestación eléctrica, por un período de 25 y 26 meses respectivamente. La selección de materiales y dimensiones se realizó según lo estipulado en la serie de normas ISO 9223-9226 empleadas para la clasificación de la corrosividad de las atmósferas. Para la caracterización atmosférica se emplearon datos de deposición de sulfatos y cloruros, así como el tiempo de humectación, recolectados durante 25 meses, bajo el procedimiento de la norma ISO 9225; en dos estaciones de ensayo: estación meteorológica, instalada al nivel del suelo, cercana al banco de exposición de placas, y estación pórtico ubicada a 12 metros de altura aproximadamente respecto a la estación meteorológica. B. Procedimiento Experimental Evaluación de Datos Atmosféricos Los datos de deposición de sulfatos y cloruros, tiempo de humectación, humedad relativa, precipitaciones, temperatura así como velocidad de viento recolectados, fueron promediados y clasificados según los rangos establecidos en la norma ISO 9223. Evaluación de Placas Metálicas Las muestras de las aleaciones metálicas desnudas fueron sometidas tanto a una inspección visual sin aumento antes de su exposición como a microscopía estereoscópica después de su desmontaje y decapado, esto, con el fin de analizar la morfología de ataque desarrollada durante el proceso corrosivo. Además, fue calculada la velocidad de corrosión mediante el procedimiento descrito en la norma ISO 9226, para cada una de las placas metálicas expuestas por 25 meses y comparado con resultados obtenidos a los 3, 7, 12 y 18 meses de exposición. Evaluación de Sistemas de Recubrimientos Poliméricos El frente de exposición de cada una de las placas recubiertas fue examinado antes de su exposición mediante inspección visual sin aumento. Luego del desmontaje, fueron evaluadas con lupa estereoscópica y los siguientes ensayos: - NACE SSPC-PA2: Medición de Espesor de Película Seca. - ISO 4628-1: Evaluación de Condición Superficial. - ISO 4628-3: Evaluación de Grado de Herrumbre. - ISO 4628-5/ASTM D 3359: Evaluación de Grado de Deslaminación/ Evaluación de Grado de Adherencia. - ASTM D 3274: Evaluación del grado de deterioro por crecimiento de hongos o acumulación de polvo y suciedad. - ISO 4628-2: Evaluación del Grado de Ampollamiento. - ISO 4628-6: Evaluación de Grado de Tizamiento. - Grado de Daño en Incisión: se realizó una incisión en la superficie pintada para observar la interacción del metal base y el sistema de recubrimiento, la evaluación se hizo teniendo en cuenta las normas ISO 4628. A partir de los resultados encontrados en cada ensayo, se estableció una escala numérica de desempeño, la cual incluye las calificaciones de: malo (1), deficiente (2), regular (3), bueno (4) y excelente (5), y con ella se calificó la conducta de cada recubrimiento. Los puntajes fueron sumados y aquel que resultara con la mayor calificación se consideró como el sistema de recubrimiento polimérico con el mejor comportamiento durante el tiempo de exposición. Se compararon los resultados para 18 y 26 meses.
2010 2009 2008 Año Categoría Categoría Categoría UNEXPO. Ortiz Bárbara, Gil Linda. Comportamiento Corrosivo de Aleaciones Metálicas y Sistemas de Recubrimientos 296 III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A. Clasificación de la corrosividad atmosférica de la subestación en función de los contaminantes aeroquímicos y parámetros meteorológicos La atmósfera de la subestación, calificada del tipo Marino- Industrial, se encuentra a pocos kilómetros de un complejo industrial petrolero cuyos procesos impulsan la contaminación del aire a través de la emisión de gases químicos altamente nocivos y favorecedores de la corrosión, entre ellos SO 2. Además, se ubica a orillas del Mar Caribe, que la expone a los vientos marinos que arrastran consigo, cloruros, sales y aerosoles durante todas las épocas del año. En trabajos anteriores [2]-[4], se ha determinado que los principales agentes aeroquímicos contaminantes de la atmósfera de esta subestación, y que aceleran la iniciación de los procesos corrosivos en sus estructuras y equipos metálicos son justamente los sulfatos y cloruros. Sin embargo, existe otro parámetro, el cual es el principal desencadenante del proceso corrosivo y es la humedad relativa (HR) de una atmósfera. Cuando esta es mayor o igual al 80% se dice que en ese momento, junto a la presencia de contaminantes, se da inicio al ataque corrosivo. La humedad relativa es dependiente a su vez de factores como las precipitaciones, presencia de rocío, de neblina, la temperatura y la velocidad del viento; igualmente, influencia la duración del tiempo de humectación (TDH). En la Tabla III se presentan los parámetros climatológicos promedio de la subestación, que desde el año 2008 hasta el 2010 han favorecido el desencadenamiento de la corrosión. porcentaje de humedad significante, lo cual también es favorecido por las temperaturas promedio de 27 C y las bajas velocidades del viento a 2 m/s. Durante el período del año 2010, se observó el mismo comportamiento. La humedad relativa presentó valores muy próximos a los valores críticos, favoreciendo los altos tiempos de humectación a temperaturas templadas de 28 C y moderadas velocidades del viento a 2,07 m/s que favorecen la condensación de rocío y neblina en tiempos de ausencia de lluvias. En la Tabla IV se muestran las categorías de clasificación de la velocidad de deposición de los principales contaminantes atmosféricos (SO 2, Cl - ) y del tiempo de humectación, para el período 2008-2010, en las dos estaciones de ensayo: Meteorológica y Pórtico. TABLA IV CLASIFICACIÓN DE CONTAMINANTES AEROQUÍMICOS Y TIEMPO DE HUMECTACIÓN. PERÍODO 2008-2010. Estación Velocidad Deposición SO 2 (mg/m 2.d) AÑO 2008 Velocidad Deposición Cl - (mg/m 2.d) Meteorológica 12, 653 P1 13,952 S1 Pórtico 15,473 P1 22,757 S1 AÑO 2009 TDH (h/a) 4560,88 τ4 TABLA III FACTORES CLIMATOLÓGICOS DE LA SUBESTACIÓN. PERÍODO 2008-2010. X HR (%) Σ Precipitación (mm) X Temperatura ( C) X Velocidad Viento (m/s) Σ TDH (h/a) Meteorológica 16,045 P1 14,961 S1 Pórtico 17,632 P1 22,338 S1 AÑO 2010 4667,82 τ4 83, 35 430, 20 26,97 3,67 4560,88 Meteorológica 16,93 P1 10,67 S1 2430,92 τ3 78,51 13,60 27,41 2,13 4667,82 Pórtico 19,35 P1 15,10 S1 78,75 442,7 28,04 2,07 2430,92 La humedad relativa más alta se registró en el año 2008, con un porcentaje del 83%, valor determinante en el proceso de corrosión, tiempo de humectación y en la captación de contaminantes suspendidos en el aire, pues se sabe que una humedad relativa mayor al 80% da inicio a la corrosión en la mayoría de los metales expuestos en atmósferas con alta polución. En este caso, la atmósfera marina-industrial, rica en cloruros y con presencia de gases industriales. En el año 2009, la humedad relativa presentó un nivel alto, a pesar de la poca presencia de lluvias (sólo 13,60 mm en el año), ya que la aparición de rocío y neblina mantiene un En dicha tabla se observa que para los años 2008, 2009 y 2010 fueron registradas velocidades de deposición de SO 2 y cloruros (Cl - ) calificadas como P1 y S1 respectivamente, siendo fuertemente influenciado por el tiempo de humectación anual, que a su vez se categoriza como τ4 (años 2008 y 2009) y τ3 para la fecha de desmontaje de las placas evaluadas en esta investigación. El mismo tiempo de humectación depende de la formación de películas acuosas a humedades relativas mayor al 80% por el estancamiento de rocío, lluvias y neblina condensada, favoreciendo al mismo tiempo el depósito de lluvias ácidas y gases con contenido de SO 2, sales de Cl - tanto como polvo atmosférico higroscópico, los cuales permanecen en las superficies húmedas de los materiales, durante el período en el
297 que consecutivamente se disuelven, reaccionan químicamente e inician el ataque corrosivo. En las Figuras 1 a 4, se ilustra la influencia de las precipitaciones y la velocidad del viento en la velocidad de deposición de sulfatos y cloruros. Fig. 3. Influencia de las precipitaciones y velocidad del viento en la deposición de Cloruros. Período: 2008 2009. 3 Fig. 1. Influencia de las precipitaciones y la velocidad del viento en la deposición de SO 2. Período: 2008 2009. 3 Fig. 4. Influencia de las precipitaciones y velocidad del viento en la deposición de Cloruros. Período: 2010. Fig. 2. Influencia de las precipitaciones y la velocidad del viento en la deposición de SO 2. Período: 2010. En las Figuras 1 y 2 se observa que durante los años 2008-2010, la mayor deposición de SO 2 en la Estación Meteorológica ocurrió en los períodos de Marzo-Abril 2009 y Abril-Mayo 2010, ambos con velocidades de deposición de 24 mg/m 2.d, mientras que las menores velocidades se presenciaron en el mes de Septiembre de 2008 con 3 mg/m 2 d. En la Estación Pórtico, el valor más alto se registró en el mes de Febrero 2010 con 29 mg/m 2.d y el menor en el mes de Septiembre de 2009 con una deposición de SO 2 de 5,9 mg/m 2.d. Se aprecia que en épocas de lluvias y en su ausencia, existe una significativa deposición de sulfatos, favorecido por las emisiones gaseosas con compuestos de azufre de los procesos industriales aledaños, por los vientos preferenciales a velocidades moderadas, temperaturas templadas y una alta humedad relativa. Los sulfatos benefician la formación de un electrolito de ácido sulfúrico que desencadena los procesos corrosivos en las superficies de los metales en atmósferas con HR 80%, originando productos higroscópicos que captan con mayor fuerza el SO 2, prolongando así la degradación. En el caso de los cloruros, las mayores velocidades de deposición se registraron tanto en el mes de Febrero 2009 con 100 mg/m 2.d, caso atípico registrado ese año y del cual se realizaron varias lecturas encontrando siempre el mismo resultado; así como en el período Enero Marzo de 2010 con velocidades de 23 mg/m 2.d y 25 mg/m 2.d. Estos valores declinan en los meses de Junio y Noviembre de 2008 y en el mes de Mayo de 2010, con velocidades de deposición de hasta 5 mg/m 2.d. En la Estación Meteorológica la mayor deposición de cloruros ocurre en los meses de Febrero con 31 mg/m 2.d y 30 mg/m 2.d en los años 2008 y 2009, y la menor en el mes de Mayo de 2010 con 6 mg/m 2.d. La subestación al estar ubicada frente al Mar Caribe, recibe directamente la bruma salina y los aerosoles marinos transportados a través del aire, esto favorece la formación de películas de cloruros durante las épocas de sequía, sin embargo en períodos lluviosos estas películas son lavadas debido a que suelen ser muy frágiles. Por esto en las Figuras 3 y 4 se observa que anterior y posterior a los meses lluviosos, la deposición de cloruros se mantiene constante, pues las épocas de sequía y humedad promovieron el asentamiento de las sales que captan fácilmente otros contaminantes. A pesar de esto, los valores de velocidad de deposición de cloruros en la subestación tienden a ser bajos (categoría S1), por lo que los procesos corrosivos en este tipo de atmósfera tienen ocurrencia debido a la sinergia entre sulfatos y cloruros que forman electrolitos corrosivos muy agresivos sobre los metales, característicos del medio ambiente marino-industrial circundante.
Categoría UNEXPO. Ortiz Bárbara, Gil Linda. Comportamiento Corrosivo de Aleaciones Metálicas y Sistemas de Recubrimientos 298 Clasificación de corrosividad según aleaciones metálicas Las categorías para contaminantes atmosféricos y tiempo de humectación pautadas por la Norma ISO 9223 permiten realizar la clasificación de corrosividad para metales individuales. De esta manera, a partir de los resultados obtenidos en la primera parte de esta sección y en relación a lo descrito en la norma, se muestra la Tabla V, con la clasificación para las aleaciones estudiadas en la presente investigación. TABLA V CLASIFICACIÓN DE CORROSIVIDAD SEGÚN PARÁMETROS ATMOSFÉRICOS PARA ALEACIONES METÁLICAS. Parámetro Atmosférico SO 2 Cl - TDH P1 S1 τ4 Clasificación de Corrosividad para Aleaciones Acero al Carbono Acero Galvanizado Aluminio Se puede observar que todas las aleaciones metálicas califican con una corrosividad C3 (media) frente a la atmósfera de la subestación, confirmando el efecto corrosivo de este ambiente sobre las diferentes estructuras metálicas. Se observó la similitud que guardan estos resultados con los obtenidos en la elaboración de los mapas de corrosividad de Venezuela del Proyecto MICAT, en una estación ubicada en el estado Anzoátegui (al igual que la subestación bajo estudio). En dicho trabajo, se determinó que la atmósfera de la estación Barcelona presentaba un nivel de corrosividad C3, según los parámetros meteoroquímicos evaluados, debido a la poca presencia de lluvias, pero una pronunciada deposición de sales suspendidas en el aire [4]. B. Determinación de la velocidad de corrosión de aleaciones metálicas según ISO 9226 Cobre C3 C3 C3 C3 En la Figura 5 se muestran los resultados del cálculo de la velocidad de corrosión para el acero al carbono, acero galvanizado, acero inoxidable, aluminio y cobre, después de 25 meses de exposición. Se observa que el metal con mayor degradación es el acero al carbono, con una velocidad de corrosión de 112,14 µm/a, seguido por el cobre (3,36 µm/a), luego el acero galvanizado (2,27 µm/a) y finalmente el aluminio y acero inoxidable con velocidades de corrosión de 0,96 µm/a y 0,36 µm/a, respectivamente. Los principales agentes que influyen en el proceso corrosivo de las muestras expuestas son los sulfatos y cloruros que como fue señalado en el punto anterior, hacen presencia debido a la ubicación geográfica, por lo cual ocurre un efecto sinérgico entre estos dos contaminantes aeroquímicos, que favorece la iniciación de la corrosión y la consecuente aceleración de los mecanismos de ataque en las distintas aleaciones metálicas. Fig. 5. Velocidad de corrosión de las aleaciones metálicas expuestas por 25 meses. (*Valor dividido entre 10) Velocidad de Corrosión del Acero al Carbono El acero al carbono es el metal más afectado, ya que el hierro contenido es altamente susceptible al contacto con el oxígeno y la humedad. Su velocidad de corrosión aumenta mucho más al encontrarse en un ambiente donde se forman electrolitos agresivos (sinergia SO 2 - Cl - ), ideal para la ocurrencia de la corrosión y la formación de productos que fortalecen aún más el electrolito del proceso de degradación. De esta manera, el deterioro del acero al carbono es creciente y progresivo a lo largo del tiempo de exposición en atmósferas del tipo marino industrial. En la Figura 6 se puede observar la conducta del acero en a través del tiempo, donde se aprecia la acelerada velocidad de corrosión que ocurre de 3 a 7 meses (de 0,94 a 49 µm/a), luego la entrada a un período de estabilidad hasta los 12 meses (48 µm/a), para luego incrementarse entre los 18 y 25 meses (110, 31 y 112, 14 µm/a), manteniéndose a partir de ese momento una velocidad de corrosión uniforme. Fig. 6. Velocidad de corrosión del acero al carbono a través del tiempo. Probablemente, los productos de corrosión hicieron el proceso más lento en los primeros meses de exposición, debido a la formación de oxihidróxidos (productos de corrosión del acero al carbono) resistentes que retardan el inicio de la corrosión. Estos productos también presentan un carácter poroso que les permite captar y mantener fácilmente la humedad así como partículas de sulfatos y cloruros, que al diluirse, reaccionan y desencadenan el proceso corrosivo. Morfología de Ataque del Acero al Carbono En la Figura 7 se aprecian las condiciones iníciales y finales de la muestra. A los 25 meses se observa completamente cubierta por una espesa capa de productos de corrosión de
299 color marrón negruzco. Fig. 9. Velocidad de corrosión del acero galvanizado a través del tiempo. Fig. 7. Placa de Acero al Carbono. Izquierda: Inicio de exposición. Derecha: 25 meses de exposición. La tonalidad de los productos de corrosión se debe a la formación de hidróxidos de hierro, lo que es usual en contacto con este tipo de atmósferas. Esta película es porosa y desprotege la superficie de metal base, favoreciendo la captación de los contaminantes entre las cavidades, que junto a la humedad forman un electrolito que acelera el proceso corrosivo. En la Figura 8 se observa una micrografía de la superficie decapada de la placa de acero al carbono luego de 25 meses, con morfología de ataque generalizada. La fuerte exfoliación genera una superficie irregular que mantiene la forma cóncava donde se depositaban las partículas de herrumbre. Para este momento, ya las distintas fases del cinc han sido afectadas por el constante cambio de clima, por lo tanto, el incremento en la velocidad de corrosión observada a los 25 meses de exposición, (2,27 µm/a), indica que la superficie del metal base de acero al carbono, se encuentra sin protección aparente del recubrimiento de cinc, debido a su actuación como ánodo de sacrificio que al consumirse por completo determina el fin de su tiempo de vida útil. Morfología de Ataque del Acero Galvanizado En la Figura 10 se muestran las condiciones iníciales y finales de la placa de acero galvanizado. Al cabo de 25 meses de exposición, puede observarse como la superficie del metal presenta un visible deslustrado debido a la humedad y la deposición de contaminantes aeroquímicos. Fig. 8. Superficie decapada de placa de acero al carbono luego de 25 meses de exposición. Aumento: 17X. Velocidad de Corrosión del Acero Galvanizado En la Figura 9 se puede observar como el acero galvanizado desarrolla del tercer al séptimo mes, una rápida velocidad de corrosión (de 0,18 a 1,1 µm/a) por efecto sinérgico de sulfatos y cloruros, que destruye fácilmente la película protectora de hidróxido de zinc recien formada. Al alcanzar el primer año de exposición, disminuye esta velocidad (0,7 µm/a) e incrementa nuevamente a partir de los 18 meses (2,03 µm/a). A los 12 meses de exposición se observa la acción protectora de una película pasiva formada de manera más estable y reconstruida con el cinc que todavía se mantiene en recubrimiento metálico. A los 18 meses, inician las épocas de lluvia afectando la permanencia de la película pasica, de manera que los contaminantes químicos disueltos provocan una reacción química que deteriora y lixivian toda la capa pasiva, repitiendose el mismo proceso anterior. Fig. 10. Placa de Acero Galvanizado. Izquierda: Inicio de exposición. Derecha: 25 meses de exposición. El acero galvanizado desarrolló una corrosión localizada en forma con decincado, presentando ataques preferenciales entre las distintas fases del recubrimiento, que fueron desapareciendo dejando poco a poco al sustrato de acero al carbono al desnudo como se aprecia en las Figuras 11 y 12. Esto se debe a la acción de las sales básicas, que aunque en un principio son fuertemente adherentes a la superficie metálica y la protegen, al permanecer largos períodos en ambientes húmedos origina un electrolito agresivo degrada el material hasta consumirlo en cada regeneración de la capa pasiva. Fig. 11. Superficie de Acero Galvanizado. Aumento 11 X.
300 los daños por corrosión por picaduras, visibles claramente bajo microscopía estereoscópica (ver Figura 15). Fig. 12. Superficie de Acero Galvanizado. Aumento 40 X. Velocidad de Corrosión del Acero Inoxidable En la Figura 13 puede observarse el avance del deterioro de la placa de acero inoxidable durante los primeros meses de evaluación, alcanzando la velocidad de corrosión más alta; 3,15 μm/a, a los 12 meses de exposición, no en tanto, esta pérdida es baja con respecto al del resto de los materiales ya evaluados en la presente investigación y que resultan más sensibles a deteriorarse atmosféricamente. Fig. 14. Placa de Acero Inoxidable. Izquierda: Inicio de exposición. Derecha: 25 meses de exposición. Velocidad de Corrosión del Aluminio El aluminio presenta velocidades de corrosión de tendencia creciente cuando la película pasivante que forma en contacto con la atmósfera, es afectada por un medio con ph bajo, común en zonas donde coexisten los contaminantes aeroquímicos sulfatos y cloruros. Fig. 13. Velocidad de corrosión del acero inoxidable a través del tiempo. Este comportamiento se debe que la película pasiva que se forma en la superficie se deteriora al reaccionar con los contaminantes atmosféricos SO 2 y Cl -, pero se lixivia en períodos lluviosos, provocando la pérdida de peso del material. Sin embargo, su cualidad regenerativa estimula la constante recuperación de la película pasiva, por lo cual la velocidad de corrosión presenta valores bajos. En este caso, entre los 3 y 12 meses el acero inoxidable enfrentó épocas lluviosas. Seguido por un período de sequía que favorece la reconstrucción de la capa protectora reduciéndose la velocidad de corrosión, observado en los valores registrados a los 18 y 25 meses (0,17 y 0,36 μm/a). Morfología de Ataque del Acero Inoxidable El acero inoxidable desarrolla un mecanismo de corrosión por picadura, originado por la destrucción localizada de la película pasiva de óxido de cromo que se forma en la superficie con el propósito de proteger a esta aleación de la agresividad atmosférica. En la Figura 14 se puede observar la placa de acero inoxidable al inicio y final del período de exposición en la atmósfera Marino-Industrial. Inicialmente se aprecia un acero inoxidable uniforme y brillante, que al cabo de 25 meses exhibe una superficie opaca, con dispersas manchas de óxido y suciedad de forma puntual. En estas manchas se localizan Fig. 15. Superficie de Acero Inoxidable. Aumento 40 X. En la Figura 16 se puede apreciar la lenta velocidad de corrosión experimentada por la placa de aluminio a los 3 meses de exposición en la subestación, para luego incrementarse hasta los 0,30 μm/a en el séptimo mes. Puede observarse a los 12 meses una buena respuesta del aluminio en esta atmósfera, con una velocidad de corrosión de 0,10 μm/a; debido a una época de ausencia de lluvias que afecto positivamente al metal, permitiendo la reconstitución y estabilización de la película pasiva. Sin embargo, los procesos corrosivos iniciados en los meses anteriores han causado daños irreparables en la superficie del material por la activación del mecanismo de corrosión picadura, que forma cavidades que atrapan los contaminantes atmosféricos específicos que crean un pequeño sistema corrosivo, uniendo las picaduras y agravando el ataque de la corrosión. De este modo, a los 18 y 25 meses de exposición, las velocidades de corrosión resultaron aceleradas, el constante cambio de clima ocasionó el debilitamiento de la capa protectora y una pérdida de peso mayor a las registradas en temporadas anteriores. A pesar de esto el aluminio mantiene una pérdida de peso baja pero con tendencia a elevarse.
301 Fig. 16. Velocidad de corrosión del aluminio a través del tiempo. Morfología de Ataque del Aluminio El aluminio forma una película de alúmina (Al 2 O 3 ) estable y pasivante cuando el medio ambiente alrededor tiene un ph neutro, pero es sensible en medios ácidos. La atmósfera marino industrial de la subestación contiene SO 2 y Cl- que en sinergia, debilitan la capa pasiva y la destruyen pues al diluirse sus sales en las capas de humedad de las superficies, originan aniones desencadenantes de la corrosión picadura. Estas picaduras formadas en la superficie que son la consecuencia del rompimiento de la capa pasiva frente a las sales de cloruros y sulfatos disueltas, están ubicadas en los pequeños puntos oscuros, que no son más que la deposición de sales y polvo de manera localizada en la superficie. Debajo de esa acumulación se encuentra un electrolito agresivo que va destruyendo paulatinamente al material. En la Figura 17 se aprecia la presencia de las picaduras después del decapado, visualizadas bajo una lupa estereoscópica. Fig. 18. Velocidad de corrosión del cobre a través del tiempo. Morfología de Ataque del Cobre La placa de cobre desarrolló una forma de corrosión generalizada debido a la pérdida de las pátinas (producto de corrosión característico en el cobre), las cuales se fueron formando y debilitando durante su exposición. En la Figura 19, se aprecia el intenso cambio de coloración de la superficie de la probeta al cabo de los 25 meses de permanencia en la estación de ensayo, pasando de una tonalidad salmón a un negro intenso. El cobre al hacer inmediatamente contacto con la atmósfera forma una capa de cuprita, la cual va captando contaminantes y se va convirtiendo en una resistente película de productos de corrosión. Fig. 14. Placa de Acero Inoxidable. Izquierda: Inicio de exposición. Derecha: 25 meses de exposición. Fig. 17. Coalescencia de picaduras en el aluminio expuesto por 25 meses. Aumento 45 X. Velocidad de Corrosión del Cobre En la Figura 18 se observa la pérdida de peso uniforme y acelerada que sufren las placas de cobre durante el tiempo de exposición en la subestación. Esto es debido a las imperfecciones que suelen presentar las pátinas formadas en ambientes del tipo marino industrial, lo que le confiere al metal base una protección bastante escasa. Sin embargo, este cambio de color no ocurre inmediatamente, sino que a medida que el tiempo transcurre y el metal va captando los contaminantes en su superficie, favorecido también por la humedad del medio siendo percibido a través del cambio de color de la superficie. Así es como en la Figura 20 se puede observar como la probeta de cobre, que el día de la instalación lucía una superficie color salmón, después de un año exposición tornó a color café, desarrollando finalmente a los 25 meses, una superficie negra constituida por cloruros y sulfatos de cobre. Fig. 20. Cambio de coloración de pátinas de cobre.
302 C. Evaluación de Sistemas de Recubrimientos Poliméricos con 26 meses de Exposición En las Figuras 21, 22 y 23 se observa el estado de las placas recubiertas con los tres sistemas de recubrimientos poliméricos a los 26 meses de exposición. El sistema de recubrimiento que desarrolló el peor comportamiento en la presenta atmósfera Marino Industrial resultó ser el Sistema A. Las fallas más catastróficas de este sistema corresponden a la pérdida de adherencia sobre todo frente a sustratos de acero galvanizado, así como la formación de herrumbre en todos los sustratos donde fue aplicado (ver Figuras 24 y 25). a b Fig. 24. Evaluación del grado de adherencia presentado por el sistema de recubrimiento A frente al sustrato de acero galvanizado c d Fig. 21. Sistema A con 26 meses de exposición. a) Acero al Carbono b) Acero Galvanizado c) Acero Inoxidable d) Aluminio. c d Fig. 22. Sistema B con 26 meses de exposición. a) Acero al Carbono b) Aluminio c) Acero Galvanizado d) Acero Inoxidable. a a c d Fig. 23. Sistema C con 26 meses de exposición. a) Acero al Carbono b) Acero Galvanizado c) Acero Inoxidable d) Aluminio b b Fig. 25. Zonas herrumbradas en el sistema A y sustrato de acero al carbono. a,b,c,d: vista sin aumento, e: aumento 20X. Los defectos encontrados en el resto de los sistemas evaluados (Sistema B y C) involucran su degradación en forma de tizamiento falla que no se observó en el Sistema A. Las calificaciones de los Sistema A, B y C para 18 y 26 meses de exposición se muestran en las Tablas VI, VII y VIII. Estos resultados evidencian que el Sistema de Recubrimiento Polimérico que mayor se desempeña frente a la agresividad atmosférica de la subestación evaluada es el Sistema B, el cual demostró tener las mejores ponderaciones en las diferentes evaluaciones en cada uno de los sustratos metálicos donde fue aplicado. TABLA VI CALIFICACIÓN FINAL DEL SISTEMA DE RECUBRIMIENTO A. Sistema A Propiedad Evaluada 18 meses 26 meses AC AG AI AL AC AG AI AL Espesor de Película Seca 4 4 4 4 3 2 2 2 Condición Superficial 4 4 4 4 2 2 2 2 Herrumbre 3 4 4 4 1 2 4 2 Adherencia 4 1 4 4 3 1 3 3 Ampollamiento 4 5 5 5 3 1 4 2 Hongos y Suciedad 3 3 3 3 2 2 2 2 Tizamiento 5 5 5 5 4 4 4 4 Daño en Incisión 2 4 4 4 1 2 3 2 Total 29 30 33 33 19 16 24 19 AC: Acero al Carbono, AG: Acero Galvanizado, AI: Acero Inoxidable, AL: Aluminio. 5: Excelente, 4: Bueno, 3: Regular, 2: Deficiente, 1: Malo
303 TABLA VII CALIFICACIÓN FINAL DEL SISTEMA DE RECUBRIMIENTO B. Propiedad Evaluada Espesor de Película Seca TABLA VII CALIFICACIÓN FINAL DEL SISTEMA DE RECUBRIMIENTO C. Sistema C Propiedad Evaluada Sistema B 18 meses 26 meses AC AG AI AL AC AG AI AL 4 4 4 4 3 4 3 4 Condición Superficial 4 4 4 4 3 3 3 3 Herrumbre 3 5 4 5 3 3 4 3 Adherencia 4 5 5 5 5 5 5 5 Ampollamiento 4 5 5 5 5 5 5 5 Hongos y Suciedad 4 4 4 4 3 3 3 3 Tizamiento 2 3 2 3 1 1 1 1 Daño en Incisión 4 4 4 5 3 3 5 3 Total 29 34 32 35 26 27 29 27 AC: Acero al Carbono, AG: Acero Galvanizado, AI: Acero Inoxidable, AL: Aluminio. 5: Excelente, 4: Bueno, 3: Regular, 2: Deficiente, 1: Malo 18 meses 26 meses AC AG AI AL AC AG AI AL Espesor de Película Seca 2 2 2 2 2 2 2 2 Condición Superficial 4 4 4 4 2 2 2 2 Herrumbre 4 5 4 5 4 4 4 4 Adherencia 5 5 5 5 4 3 4 3 Ampollamiento 5 5 5 5 5 5 5 5 Hongos y Suciedad 3 3 3 3 2 2 2 2 Tizamiento 2 3 2 3 1 1 1 1 Daño en Incisión 4 4 4 4 4 3 4 3 Total 29 31 29 31 24 22 24 22 AC: Acero al Carbono, AG: Acero Galvanizado, AI: Acero Inoxidable, AL: Aluminio. 5: Excelente, 4: Bueno, 3: Regular, 2: Deficiente, 1: Malo IV. CONCLUSIONES Durante el período 2008 2010, la deposición de sulfatos y cloruros ostentó las categorías S1 y P1, respectivamente, mientras que el tiempo de humectación se categorizó como 4, caracterizando a la atmósfera de la subestación como Marino- Industrial. De esta manera, la corrosividad atmosférica de la subestación clasifica en el nivel C3 corrosividad media, en función de la relación entre las categorías de contaminantes aeroquímicos, el tiempo de humectación y las aleaciones metálicas expuestas. La aleación metálica que sufre el deterioro más acelerado frente a la atmósfera Marino-Industrial estudiada, es el acero al carbono con una velocidad de corrosión de 112,14 µm/a, a los 25 meses de exposición, seguido por el cobre con de 3,36 µm/a y el acero galvanizado con 2,27 µm/a; mientras las menores pérdidas se presentan en el aluminio y el acero inoxidable con 0,96 µm/a y 0,36 µm/a, respectivamente, luego de 25 meses de exposición. La morfología de ataque que presentan las aleaciones metálicas a los 25 meses de exposición en la subestación son: corrosión generalizada en el caso del acero al carbono y cobre; decincado en las fases del acero galvanizado hasta alcanzar el consumo del zinc e iniciar el ataque generalizado del metal base; así como corrosión por picaduras en el caso del acero inoxidable y el aluminio. El Sistema A presentó un buen desempeño frente a sustratos de acero inoxidable, sin desarrollar herrumbre y con una buena adherencia, al contrario, brindó una mala protección anticorrosiva frente al resto de los sustratos (acero al carbono, acero galvanizado y aluminio). El Sistema B, se percibió un buen comportamiento frente a los distintos sustratos metálicos, poca formación de herrumbre y buena adherencia presentando como defecto el desarrollo de tizamiento y el agrietamiento de la capa de acabado. El Sistema C brinda buena protección anticorrosiva a los diferentes sustratos metálicos, pero presenta un alto desarrollo de tizamiento con desprendimiento de hojuelas de fibra de vidrio. Finalizados los 26 meses de exposición, el sistema de recubrimiento que presentó el mejor desempeño frente a la atmósfera Marino-Industrial es el Sistema B, seguido por el Sistema C y finalmente el Sistema A, el cual presenta el peor comportamiento. REFERENCIAS [1] Tomashov N. D. Teoría de corrosión y protección de metales. Collier Mc Millan. Londres. 1996. [2] Campos, Esteban. Evaluación del Comportamiento de Sistemas de Recubrimientos Poliméricos Sometidos a un Ambiente Marino. Industrial. 2007. Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre. Venezuela. [3] Bastidas, María, Evaluación de Diferentes Aleaciones Metálicas y Sistemas de Recubrimiento Poliméricos en Ambiente Marino - Tropical.2008. Universidad del Zulia. Venezuela. [4] Calzadilla, Eder. Evaluación del Comportamiento Corrosivo de Diferentes Aleaciones Metálicas y Sistemas de Recubrimiento Poliméricos en Ambientes Marino-Tropical. 2010. Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre. Venezuela. [5] Morcillo M, Almeida E. Corrosión y Protección de Metales en las Atmósferas de Iberoamérica Parte I: Mapas de Iberoamérica de Corrosividad Atmosférica (Proyecto MICAT). 1998. Programa CYTED.