efectos de las proteínas del músculo esquelético en la corrosión de aceros inoxidables

5/11/2018 Efectos de las proteínas del músculo esquelético en la corrosión de aceros inoxidables - slidepdf.com

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INGENIERÍA QUÍMICAActa Científica Venezolana, 53: 156–163, 2002

EFECTOS DE LAS PROTEINAS DEL MUSCULO ESQUELETICO

EN LA CORROSION DE ACEROS INOXIDABLESChristian Rojas R. ½ y María E. Lago ¾

Laboratorio de Fenómenos de Transferencia. Escuela de Ingeniería Química.Facultad de Ingeniería. Universidad de Los Andes. Mérida, Venezuela.

e-mail: ½ [email protected] ; ¾ [email protected]

Recibido: 25/04/00; Revisado: 06/02/01; Aceptado: 30/04/02

RESUMEN: Se estudió el comportamiento de la corrosión de los aceros inoxidables de las series AISI 304, AISI 316 y un acero italiano quecumple con la designación F-138 de las normas ASTM de posible uso en traumatología, en presencia de proteínas del músculo esquelético.La investigación se llevó a cabo usando medidas de polarización potenciodinámica y polarización cíclica, en un medio electrolito que simulaal fluido celular, el cual contiene la misma composición del músculo esquelético en proteínas y sales. Para evaluar el efecto de las proteínas

se realizaron las pruebas con y sin la adición de las proteínas a la composición del fluido celular, a una temperatura de 37Æ

C. Las pruebaselectroquímicas revelaron que las proteínas tienen un efecto negativo sobre la resistencia a la corrosión por picadura, dependiendo dela calidad del acero empleado en la prueba. Los más resistentes resultaron el AISI 316L y el F-138. Estudios realizados por micrografíaelectrónica en la superficie del acero después de la polarización cíclica en fluido celular con proteínas revelaron la presencia de una capamixta formada por óxidos y proteínas adheridas a la superficie del metal. Esta capa pasiva mostró ser más inestable que la correspondientea la obtenida sin proteínas. Las curvas de Tafel revelaron que la corrosión en presencia de proteínas sigue un proceso de control difusional.Los resultados obtenidos respecto a la formación de picaduras, fueron similares a los que presentan estos aceros cuando son expuestosa ambientes marinos. Palabras clave: corrosión, proteínas, aceros inoxidables, implantes.

EFFECTS OF SKELETAL MUSCLE PROTEINS ON CORROSION OF STAINLESS STEELS

ABSTRACT: The corrosion behavior of AISI 304 and AISI 316 stainless steels and a steel that matches the requirements of the ASTMStandard F-138 of possible use in traumatology, was studied in the presence of skeletal muscle proteins. The investigation was carriedout using potentiodynamics polarization measurements and cyclic polarization, using a fluid of the same protein and salt composition thanskeletal muscle. To evaluate the effect of the proteins, the tests were performed with and without the addition of proteins to the cellular fluidat 37Æ C. The electrochemical assays revealed a negative effect of proteins on pitting corrosion, according to the quality of the steel used

to carry out the assays; the most resistant being the AISI 316L and the F-138. In the presence of proteins scanning electron microscopy(SEM) carried out after cyclic polarization revealed a mixed layer, formed by oxides and proteins stuck to the metal surface. This layerseems to be a more unstable passive layer than the corresponding one formed in the absence of proteins. The Tafel plot in the presenceof proteins revealed that the corrosion mechanism was controlled by difussional process. The results with respect to pitting corrosion weresimilar to those obtained in marine enviroments. Key Words: corrosion, proteins, stainless steels, implants.

INTRODUCCION

La fabricación de prótesis con aleaciones metálicas, seha incrementado en los últimos años, dando lugar a estu-dios de corrosión asociados a fenómenos biológicos. Pocoa poco las aleaciones más nobles como las de Titanio handejado lugar a aleaciones de otro tipo de menor costo, co-mo lo son los aceros inoxidables, cuya característica prin-cipal es la adición de Cromo y Níquel al acero. Los prime-ros implantes realizados en aleaciones de Cromo y Níquelfueron los implantes dentales, en donde la aleación se en-cuentra en contacto con una secreción orgánica como loes la saliva, así como otros tipos de agentes biológicos.Entre los resultados hallados en pruebas realizadas in vivo y usando saliva artificial, se encontró la formación de unazona pasiva y corrosión por picadura de la aleación ½ ½ .

Cuando el implante se encuentra dentro del cuerpo hu-mano como en las prótesis traumatológicas que atravie-san músculo y hueso, los efectos indeseables en los ma-

teriales y en las estructuras óseas consisten en desgaste,corrosión y respuesta biológica negativa.

Recientes estudios en Venezuela han demostrado queentre las diferentes características de las prótesis usadas

en el país, de las cuales las más importantes son el ma-terial de construcción, el diseño y colocación, la más pro-blemática de éstas, más que el diseño como se pudierapensar, es el material del que están fabricados .

Debido a la dificultad de realizar pruebas in vivo , un mé-todo muy usado para determinar los problemas que pue-den presentar los implantes consiste en la recolección deimplantes fallados in vivo o postmorten ¿ ½ ½ ½ ¾ . Específica-mente para el caso de los aceros inoxidables se han en-contrado fallas por corrosión por picadura, corrosión-fatigay corrosión-bajo tensión.

Por el uso de electrodos metálicos, tales como marca-pasos, ciertas aplicaciones como electrodos utilizados enla estimulación del sistema nervioso o como prótesis audi-tivas y visuales, se ha comprobado que producen la irrita-ción de células en el cuerpo humano ¿ . Para aplicacionesen donde el metal entra en contacto con el cuerpo, ambosel metal y el tejido, deberían funcionar indefinidamente sindaño. La clave para usar nuevos materiales radica en co-nocer las características de la interfase metal-tejido, don-de las proteínas que componen el tejido biológico, formanpelículas y contaminantes orgánicos sobre el metal. Enlos últimos años se han encontrado otros factores adver-



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sos producto del medio biológico donde se encuentran lasprótesis, como el proceso llamado “aseptic loosening” elcual consiste en la formación de tejido fibroso en el espa-cio comprendido entre el hueso y la prótesis, y que ocurre

después de un prolongado período de tiempo y en circuns-tancias no muy bien conocidas ½ ¾ ¼ .

En el momento de la implantación las sales minerales ylas proteínas son los principales compuestos que entranen contacto con el implante metálico. El músculo contienepequeñas cantidades de aminoácidos libres, de los cua-les la glutamina, ácido glutámico, ácido aspártico y alaninason los que se encuentran en mayor proporción. Esta com-posición se asemeja a la de los demás tejidos del cuerpo.Las proteínas más importantes del músculo son la miosinay la actina. La primera es una proteína de 1.600 Å de longi-tud, con un peso molecular de 480.000 g/mol y la actina es

una proteína globular soluble en agua de peso molecular60.000 g/mol. Estas dos proteínas forman un complejo lla-mado actomiosina, con una proporción de miosina-actinade 3 a 1, siendo la responsable de la elevada viscosidaddel músculo. Aparte de las proteínas el compuesto másabundante es el glicógeno, polisacárido que se encuentraentre el 0,5 y 1 % en peso en el tejido.

Las proteínas están formadas por cadenas lineales deaminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos, lascuales pueden incluir muchos cientos de residuos de ami-noácidos. Dependiendo de la distribución de aminoácidosen la cadena, la proteína puede adquirir una carga espe-

cífica, resultante de la carga total de los aminoácidos½

.Se ha comprobado que otras proteínas intracelulares, co-mo la troponina (PM: 18.000 g/mol), una de las primerasproteínas del músculo esquelético en ser descubiertas,así como su proteína asociada calmodulina (PM:16.700g/mol), tienen cargas equivalentes al ion Ca· · , siendo losefectos de estas cargas aún indeterminados½ ¼ . La mayo-ría de estas proteínas tienen complicadas estructuras ade-más de complejas interrelaciones con otras proteínas, mo-tivo por el cual su estudio es complejo.

De acuerdo a sus reacciones con el tejido, los metaleshan sido clasificados en tres tipos: vital, cápsula y tóxico.El tipo vital, llamado así por su importancia como materialde construcción incluye al circonio, titanio, niobio, tantalio yplatino, los metales más resistentes a la corrosión. La cla-se cápsula incluye plata, oro, molibdeno, aluminio y acero,llamada así por las cápsulas fibrosas que se forman al-rededor de estos metales. Por último los tóxicos incluyenmetales como vanadio, níquel, cobre y cobalto, llamadosasí por su efecto contaminante sobre los tejidos.

Debido a la poca información existente sobre la influen-cia directa de las proteínas en la corrosión de la super-ficie de metales que pudiesen ser usados en traumato-logía, se realizó el presente estudio desde el punto devista de las propiedades electroquímicas y composicióndel metal a diferencia de otras investigaciones en dondese observa la toxicidad del metal una vez alcanzada lacorrosión ½ ½ ½ ¾ ¼ .

MATERIALES Y METODOS

Para realizar las diferentes pruebas se seleccionaroncomo materiales a ser utilizados, 6 tipos diferentes de ace-

ros inoxidables, el AISI 304, 304L, 316, 316(C) (certifica-do), 316L y una aleación italiana que cumple con la desig-nación F-138 de las normas ASTM, acero que se nombra-rá como F-138, clasificados como metales del tipo cáp-sula. Estos metales fueron proporcionados por el Centrode Innovación Tecnológica de la Universidad de los Andes(CITEC), el cual se encarga del diseño y fabricación deprótesis utilizando diferentes materiales en su construc-ción.

La composición de los aceros fue determinada por me-dio de microscopía electrónica a través de Espectroscopiade Rayos X de Dispersión de Energía (EDX). En estosanálisis se expresan, en porcentaje en peso, los metalesque componen la aleación como Cr, Fe, Ni y Mo. Los re-sultados obtenidos se muestran en la Tabla I.

Para determinar la resistencia a la corrosión de los di-ferentes aceros se procedió a evaluar índices específicosseleccionados entre los más usados para este fin. Estosíndices se expresan en función de los componentes quedan resistencia a los aceros como lo son el Ni, Cr y Mo ¾ ½ :

“Indice crítico de picadura (CPI)” expresado como:CPI=%Cr + 3.3%Mo + 16%Ni“Indice crítico de fatiga (CCI)” definido como:CCI=%Cr + 4.1%Mo + 27%Nie “Indice de soldadura (CCP)” definido como:

CCP= %Cr + 3.3 %Mo + 13 %NiLa resistencia a la corrosión por picadura de los ace-

ros inoxidables fue además estudiada experimentalmentepor medio de curvas de polarización anódica, utilizandoun método potenciodinámico como función de la inmer-sión del metal en fluido celular (pH = 7,0). Este método esuna variación de la prueba ASTM: F746½ la cual se em-plea frecuentemente para probar materiales utilizados enimplantes quirúrgicos.

Antes y después de las pruebas de polarización con flui-do celular, las muestras fueron observadas al microscopioelectrónico, para determinar la calidad de su superficie,

con aumentos de 400x y 2000x.Para simular el músculo esquelético se preparó una so-lución de composición 70 % agua, 20 % extracto de proteí-nas, y el resto sales minerales: 0,218 % NaHCO

¿

, 1,503 %Na

¿

PO

, 0,158% K¾

CO¿

y 0,0024% H¾

CO¿

¾ ¾ . En laspruebas realizadas, para observar el efecto de las proteí-nas sobre el proceso, se utilizaron soluciones con adiciónde proteínas a la composición del medio (pH=7,0) y sin elagregado de proteínas (pH=5,9). El extracto de proteínasutilizado fue el extracto de carne B&T, cat. NÆ 160-3, Bio-quisa C.A., para uso de Laboratorio, empleado en trabajosgenerales de bacteriología.

Los aceros en estudio fueron sometidos a una Polariza-ción cíclica y lineal en el intervalo de potencial de -0,5V a2,0V a 2 mV/s y a una temperatura de 37Æ C, emulando lacorrespondiente a la del cuerpo humano, tanto en solucio-nes con proteínas como sin ellas.



158 Rojas y Lago

Tabla I: Análisis porcentual de la composición de los aceros inoxidables estudiados

Elemento AISI 316 AISI 316(C) AISI 316L AISI 304 AISI 304L F-138(sin certificar) (certificado) (certificado) (certificado) (certificado)

Si 0,15 0,51 0,25 0,19 1,78 0,7Cr 17,67 17,67 18,17 18,75 19,12 18,02Fe 68,45 68,23 64,67 70,25 70,05 64,2Ni 11,33 11,23 14,68 10,81 9,05 14,72Mo 2,4 2,36 2,23 - - 2,37

Nota: las concentraciones de C son muy bajas para ser detectadas.

El equipo utilizado para obtener las mediciones de po-larización consistió en una celda básica de corrosión co-nectada a un potenciostato EG&G PARC 273A, el cual fuecontrolado por computadora con el software PARC 352. Elelectrodo de trabajo estuvo representado por un cilindromacizo de: 9 mm de diámetro y 12 mm de longitud, cons-

truido con los aceros en estudio; el electrodo de referen-cia utilizado fue el electrodo de calomel saturado (ECS),y el contraelectrodo que cierra el circuito consistió en unabarra cilíndrica de grafito de 6 mm de diámetro y 29 cmde longitud. El medio circundante que rodeaba al electro-do de trabajo estuvo formado por una solución artificial defluido celular sin proteínas y fluido celular completo, segúnhaya sido el caso en estudio.

RESULTADOS Y DISCUSION

Indices de Resistencia

Figura 1. Indices de resistencia de los diferentes aceros inoxida-bles empleados.

El histograma de la Figura 1 ilustra los diferentes índi-ces de resistencia específicos (picadura, fatiga y soldadu-ra) calculados para los aceros en estudio. Se observa quelos aceros F-138 y AISI 316L muestran índices mayores alresto de los otros aceros. Estos resultados se atribuyen alalto contenido de Cr y Ni, como lo indica el análisis quími-co (Tabla I). El Cromo y el Niquel¾ ¾ , están predispuestos

a producir la capa pasiva que protege al material de lacorrosión, de manera que habría de esperarse, que fue-sen estos aceros los que presenten la mejor resistencia ala corrosión. La sola presencia del Níquel en el acero tienemuy poco efecto en la oxidación, pero en conjunto con elCromo proporciona una buena resistencia a la oxidación y

estabiliza la fase centrada cúbica (FCC) de la estructura,la cual ofrece la mayor resistencia a la corrosión ½ .Estos dos aceros presentan además Molibdeno en su

composición. El Mo proporciona una gran resistencia a lacorrosión por picadura ocasionada por cloruros o debido aaltas concentraciones ácidas, también regenera más fácil-mente la capa pasiva en ambientes escasos de oxígeno½ .

Los aceros AISI 316 y 304 de menor porcentaje en Ni(Tabla I) muestran índices de resistencia inferiores al AISI316L y F-138 (Figura 1), a pesar de tener un contenido deCr similar al de estos. Se hace notar la ausencia de Mo enlos AISI 304 lo que debilita su resistencia a la corrosión.

Los índices de resistencia permiten comparar la resis-

tencia a la corrosión de los diferentes aceros entre sí. Paralos aceros en estudio los valores de los índices indican quelos aceros más susceptibles a la corrosión son en ordendecreciente AISI 304L, AISI 304, AISI 316 o AISI 316(C) ylos más resistentes el AISI 316L y el F-138.

Curvas de Polarización Anódica. Influencia del contenidoproteico

Las curvas de polarización anódica de los diferentesaceros inoxidables en estudio se muestran en las Figuras2(a) y 2(b) con fluido celular sin contenido proteico y con

proteínas respectivamente. En ambas figuras se observaun comportamiento similar en el intervalo de +0,5V a 2,0 V,más notable en ausencia de proteínas. Con o sin la adiciónde proteínas se aprecia, por encima de los E

Ó Ö Ö

, la zonade disolución de la superficie activa del metal (aumento dellog i entre 0,5V y 1,2V ) y la formación de la capa pasiva(disminución del log i entre 1,2V y 1,5V) .

Los valores de los respectivos E Ó Ö Ö

para los diferentesaceros (Tabla II) fueron determinados previamente½ porpolarización lineal. Estos valores se encuentran en un in-tervalo de -0,27V a -0,18V cuando se utiliza fluido celularsin proteínas y de -0,55V a -0,42V para el fluido celularcompleto. El inicio de la formación de la capa pasiva, confluido exento de proteínas en todos los aceros en estudio,indicado por la disminución de corriente, se produjo entre1,2V y 1,5V, (Figura 2(a)). Los primeros aceros en iniciarla formación de esta capa pasiva fueron los aceros AISI




Figura 2. Curvas de polarización anódica para los aceros inoxidables. (a) en sales del fluido celular; (b) fluido celular completo.

Tabla II: Valores de las pruebas de polarización anódica en presencia y ausencia de proteínasFluido sin proteinas Fluido celular completo

Aceroinoxidable

E Ç Ê Ê

(V)Inicio capapasiva (V)

E Ç Ê Ê

(V)Inicio capapasiva (V)

Iniciopicadura (V)

Epic(V)

Eprot(V)

AISI 316 -0,24 1,3 -0,51 1,2 2 0,0 -0,10AISI 316 (C) -0,2 1,3 -0,5 1,3 2,2 0,4 -0,15

AISI 316L -0,18 1,4 -0,46 1,4 >3 0,2 0,20AISI 304 -0,27 1,2 -0,55 1,1 2 0,4 -0,05AISI 304L -0,25 1,2 -0,54 0,7 2,2 0,5 -0,05F-138 -0,03 1,4 -0,42 1,4 >3 0,2 -0,10

304 y 304L a 1,2V, seguido de los aceros AISI 316 a 1,3Vy el acero AISI 316L y F-138 a 1,4V. Mientras más rápidose inicia la formación de la capa pasiva se infiere que elmetal es más susceptible al ataque corrosivo, debido a sumayor facilidad para la formación de óxidos. Después de1,5V la corriente presenta un aumento no muy pronuncia-

do hasta los 3,0V, lo que indica transpasivación del metal,por producirse la disolución de algunos compuestos.Cuando se incluyen proteínas en el medio, si bien el

comportamiento fue similar, la formación de la capa pa-siva se vio afectada por el tipo de acero utilizado, siendoel AISI 304L el que inició la formación de la capa pasivaa valores de potencial más bajo (0,7V), seguido del 304,316 y 316(C). Los aceros AISI 316L, 316(C) y F-138 ini-ciaron la formación de la capa pasiva al mismo potencialque en fluido sin proteínas (ver Tabla II). En la Figura 2 (b)se observa que la recta de formación de la capa pasivaen el resto de los aceros en estudio, no ocurrió al mismopotencial que en ausencia de proteínas, indicando que lapresencia de proteínas influye en la formación de la capapasiva. Estos aceros se ven afectados negativamente, yaque el proceso de oxidación se inicia a valores de poten-cial más bajos que en ausencia de proteínas.

Una vez formada la capa pasiva pueden presentarsetres casos, que se rompa la capa pasiva dando lugar a unataque localizado (picadura) indicado por un aumento dei, o bien puede ocurrir que en una aleación binaria, com-puesta de dos metales x e y, comience a disolverse unode los metales (y), produciéndose una superficie porosa

(x) de malas propiedades mecánicas o por último puedeocurrir que se descomponga la solución antes de que lacapa se destruya. En los aceros estudiados se confirmala corrosión por picadura en presencia de proteínas porel brusco aumento de corriente entre 2,0V y 2,2V (Figu-ra 2(b)) a excepción de los aceros AISI 316L y F-138 quemantuvieron la capa pasiva hasta 3,0V. En la Figura 3(a)se observan más claramente las discrepancias en las cur-vas de polarización anódica del acero AISI 304 en el me-dio con y sin proteínas. En el caso con proteínas el incre-mento de la corriente para un mismo potencial es mayor,ocurriendo la oxidación y formación de la capa pasiva aun potencial menor. El acero AISI 304L presentó el mismo

comportamiento mucho más acentuado. En presencia deproteínas, los potenciales de transpasivación se redujerona valores de 1,2V a 2,2V y luego se observa aumento decorriente. Los aceros AISI 316 y AISI 316(C) presentaron



160 Rojas y Lago

Figura 3. Curvas de polarización anódica en fluido celular con y sin proteínas correspondiente al: (a) acero 304; (b) acero 316 (C).

un comportamiento muy similar al de los aceros AISI 304(Resultados no mostrados).

Los aceros AISI 316L y F-138, tuvieron el mismo com-portamiento con o sin el agregado de proteínas. Como seobserva en la Figura 3(b) para el acero AISI 316L se ob-tiene la formación de la capa pasiva en el mismo intervalode potencial que sin la adición de proteínas, conservandosu transpasividad hasta los 3,0V, máximo potencial aplica-do. Sin embargo, la corriente desarrollada para un mismopotencial fue mayor en el caso con proteínas, indicandomayor disolución de compuestos sobre la superficie delmetal.

Curvas de Tafel

Para obtener mayor información sobre el mecanismopor el cual se lleva a cabo la corrosión en el sistemapropuesto se procedió a obtener las curvas de Tafel. Es-

tas curvas, fueron representadas por el potencial relativo(EÖ Ð

), calculado como la diferencia entre el potencial realaplicado y el potencial de corrosión (E

Ó Ö Ö

), en función dellogaritmo del valor absoluto de la corriente a cada poten-cial aplicado. En la Figura 4 se observan las curvas deTafel para el acero 316(C) en el medio que simula el mús-culo. Se evidencia la asimetría entre la curva de la zonaanódica y la zona catódica. Se observan dos pendientesuna catódica y otra anódica cercanas al E

Ö Ð

=0. La curvacatódica muestra la forma típica de las curvas de Tafel, sinembargo la anódica tiene un tramo de E

Ö Ð

entre -0,3V a-0,8V con pendiente infinita. En estos casos se recomien-da utilizar la curva catódica para determinar la corrientede corrosion¾ ¾ . En la curva anódica se aprecia una zo-na donde la corriente se hace constante, característica delos sistemas que tienen un mecanismo de corrosión ba-

jo control difusional¾ ¾ . Esto se explica porque al aumentar

Figura 4. Curvas de Tafel para el acero 316 (C) en fluido celular.

la corriente de disolución, la velocidad de difusión de losproductos anódicos no se incrementa proporcionalmente.Por consiguiente, aumenta la cantidad de estos productosen la zona del fluido celular en contacto con el metal. Co-mo resultado es más difícil obtener nuevos incrementosen la velocidad de disolución anódica, a pesar de aumen-tar considerablemente la diferencia de potencial aplicado.Se alcanza de este modo la corriente límite (i

Ä

), la cual semantiene constante a pesar de seguir aumentando la dife-rencia de potencial aplicada, porque el proceso es ahoracontrolado por transferencia de masa difusional ½ . En elpresente caso la causa se atribuye a que la difusión de los




iones, producto de la disolución del metal, hacia el senodel fluido se ve obstaculizada no sólo por la capa de óxi-dos sino también por la aparición del recubrimiento protei-co. De acuerdo a la Figura 2(b), la capa pasiva se forma

a 1,25V (acero 316(C)), potencial que incluye un valor delog i igual al log iÄ

obtenido de la curva anódica de Tafelpara el acero 316(C) (Figura 4).

Curvas de Polarización Cíclica

Para comprobar el desarrollo de la corrosión por picadu-ra en presencia y ausencia de proteínas contenidas en elmúsculo esquelético, se realizaron curvas de polarizacióncíclica. Las Figuras 5(a) y 5(b) muestran estas curvas parael acero AISI 316L y F-138 respectivamente. La suscepti-bilidad al ataque por picadura en presencia de proteínases evidente en ambos aceros. Se aprecia que las corrien-tes desarrolladas en el barrido ascendente y descendenteson considerablemente más altas a las del ciclo realiza-do en ausencia de proteínas. La corriente descendente enpresencia de proteínas al ser mayor que la ascendente,crea un área dentro de la histéresis, la cual se extiendedesde 2,0V hasta 0,0V para el acero AISI 316L, lo quedenota ataque por picadura. Este comportamiento se ob-servó para el resto de los aceros a excepción del F-138.Este acero solo presenta una corriente descendente ma-yor en el intervalo desde 1,4V hasta 0,0V en presenciade proteínas (Figura 5(b)). A partir de 1,4V se forma lacapa pasiva que resguarda la superficie del metal, como

lo indica la Figura 2(b). Sin embargo, existe el área entrela corriente ascendente y descendente del ciclo indicandoataque por picadura en presencia de proteínas. Esta árearesulta menor que para el caso de los otros aceros. Es-to indica que la formación de picaduras como también eltamaño de las mismas en el F-138 será menor que en elresto de los aceros en estudio.

Análisis de la Superficie de los Aceros

Las micrografías realizadas a los aceros antes de sersometidos a las pruebas electroquímicas, indican una su-

perficie uniforme en la mayoría de ellos a excepción deciertas irregularidades en el AISI 316(C) (Figura 6(b)) y elAISI 304L que presentó una superficie poco uniforme pro-ducto de su tratamiento especial. La inspección realizadabajo el microscopio electrónico después de las pruebas depolarización cíclica en fluido celular con proteínas, indicóla presencia de un recubrimiento en la superficie de losmetales. Este recubrimiento, si bien no fue total ni volumi-noso por el corto tiempo en que se realiza la polarizacióncíclica, se atribuye a la capa de óxidos producto de la oxi-dación característica del acero y a la presencia del depó-sito de proteínas del medio sobre el metal. La Figura 6(e)muestra este recubrimiento para el acero AISI 316(C), for-mado por una capa irregular de óxidos (zonas oscuras) yproteínas (zonas claras). El acero AISI 316L y F-138 fue-ron los dos aceros que mantuvieron su zona de transpa-sividad y al término de la polarización cíclica debería ob-

Figura 6. : Microscopía Electrónica de los aceros inoxidables.Antes de las pruebas (a) AISI 316; (b) AISI 316 (C) y (c) AISI316L. Después de las pruebas de polarización cíclica: (d) AISI316; (e) AISI 316 (C) y (f) AISI 316L.

servarse una capa uniforme de compuestos orgánicos condiminutos puntos procedentes de una corrosión por pica-dura. La Figura 6(f) muestra esta capa, correspondiente

al AISI 316L, una capa uniforme prácticamente exenta decorrosión localizada por picadura.

Con respecto al acero AISI 316, en la Figura 6(d) pa-ra un aumento de 2000x se observa, sobre su superficiecorrosión por picadura, como lo predicen las curvas depolarización anódica (Figura 2(b)). La Figura 1 corroboratambién los resultados de la microscopía electrónica. Deacuerdo a los índices críticos de picadura, calculados paralos aceros en estudio, podrían ser ordenados de acuerdoa su resistencia a la picadura como:

F-138 AISI 316L AISI 316(C)

AISI 316

AISI 304

AISI 304L

que es lo que muestran las micrografías realizadas aestos aceros, luego de la polarización cíclica.

Analogías entre los aceros expuestos a medios marinos ylos utilizados en medios fisiológicos

Los aceros inoxidables también son empleados en la fa-bricación de tuberías y pilotes costeros en ambientes ma-rinos. El agua de mar produce corrosión por picadura so-bre estos aceros, ocasionada por efecto de los electrolitosdisueltos en ella ½ ½ . En medios fisiológicos o en ámbitos



162 Rojas y Lago

Figura 5. Polarización Cíclica: (a) acero AISI 316L; (b) acero F-138.

marinos, los aceros inoxidables vieron afectados sus in vivo . En fluido celular como en agua de mar, la presenciade cloruros en el medio ocasiona la misma respuesta so-bre el metal. Se ha observado que las curvas de polariza-ción cíclicas y los ensayos experimentales ½ ¾ ½ en los dosmedios, muestran corrosión por picadura como el ataquecorrosivo característico sobre la superficie de los aceros.

CONCLUSIONES

La presencia de proteínas contenidas en el medio quesimula al músculo esquelético humano altera el E

Ó Ö Ö

delos aceros en estudio. Tales proteínas tienen la capacidadde aumentar el potencial de superficie de los aceros inoxi-dables, haciéndolos más susceptibles al ataque corrosivo.

La capa pasiva formada sobre la superficie de los ace-ros en estudio es una mezcla de los óxidos normalmenteproducidos por los aceros inoxidables en el proceso de pa-sivación y del recubrimiento de proteínas provenientes delfluido celular. La formación de la capa pasiva en presenciade proteínas, se inicio a 0,7V en el AISI 304L resultando elacero mas susceptible a la corrosión, seguido por el 304,316 y 316 (C) cuyo inicio fue a 1,1V; 1,2V y 1,3V respec-tivamente y los mas resistentes a la corrosión resultaron

el AISI 316L y F-138. Estos últimos iniciaron la formaciónde la capa pasiva con y sin la presencia de proteínas enel medio a 1,4V, al igual que el 316(C) cuyo inicio sin lapresencia de proteínas fue el mismo que con proteínas(1,3V).

A potenciales superiores a 2,0V, la presencia de las pro-

teínas del medio provoca considerable corrosión de tipo pi-cadura en los aceros inoxidables estudiados; a excepciónde los aceros AISI 316L y F-138 cuyo potencial de iniciode picaduras es >de 3,0V. Estos últimos serían los mas re-comendables junto con el 316(C) para su uso en implantesde fijación externa. Los índices criticos de picadura indica-ron muy satisfactoriamente, los resultados esperados en-tre los aceros en estudio respecto a su comportamientoen la corrosión por picadura. La presencia de proteínascontenidas en el medio que simula al músculo esqueléticohumano induce en los aceros en estudio corrosión del tipopicadura, cuya cinética se muestra como la de un procesode control difusional.

La influencia de las proteínas en la corrosión por picadu-ra de aceros inoxidables sometidos a medios fisiológicos,demostró producir aumento en el E

Ó Ö Ö

, de manera similara la corrosión por picadura observada en el mismo tipo dealeaciones empleadas en ambientes marinos.

REFERENCIAS

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