estudio de corrosión galvánica entre acero dox y diferentes tipos de acero utilizando tres...

11-13 Noviembre 2009, Monterrey , N.L.

Monterrey, N. L.

11 -13 Noviembre 2009

ESTUDIO DE CORROSIÓN GALVÁNICA ENTRE ACERO DOX Y DIFERENTES TIPOS DE ACERO UTILIZANDO TRES TÉCNICAS

ELECTROQUÍMICAS

José Hernández Espinoza

Universidad Nacional Autónoma de México

DTA de México S. A. de C. V.


El Acero DOX satisface las normas de la ASTM y sus equivalentes de las normas ISO, ANSI y ASM.

La norma de referencia NRF 027 PEMEX /2001 contempla la aleación de Níquel, Cobalto y Boro (Acero DOX) para los activos de la empresa.

Dox desde 1996


Evaluaciones

y

Comparaciones

Dox vs.

Galvanizado

Acero B7

Cadminizado

Evaluación de Dox


Si dos metales son acoplados galvánicamente, el metal más activo acelerará su velocidad de corrosión y el metal menos activo detendrá su proceso de corrosión. Metal activo: Ánodo Metal menos activo: Cátodo

Corrosión Galvánica

Se llama par galvánico al formado por dos distintos metales que, en contacto con un electrolito, presentan una diferencia de potencial. El ánodo (potencial más negativo) se corroe mientras que el cátodo (potencial más positivo) no sufre corrosión. El flujo de corriente es del ánodo al cátodo:En el electrolito por medio de ionesEn el metal por medio de electrones


Criterio de potencial


Base Teórica

TEORIA DEL POTENCIAL MIXTO

Cuando se presenta un par galvánico el flujo de electrones será del metal más activo, anódico, al metal mas noble, catódico. Debido a la polarización que sufren tanto el ánodo como el cátodo, producto de este acoplamiento, se originaran cambios en el potencial estándar de cada uno de los metales involucrados, estos cambios están dirigidos a encontrar un potencial común.

El cambio que se presenta depende, en gran medida, de: Potenciales iniciales Medio ambienteCapacidad para polarizarse.


Par galvanico agresivo

Cuando el metal más noble no se polariza fácilmente, el potencial del metal más activo cambia hacia el cátodo, esto es en la dirección de la polarización anódica, de tal manera que ocurre la aceleración galvánica.


Par galvánico no agresivo

Si el metal o aleación más noble se polariza su potencial cambiara más fácilmente hacia el del metal mas activo. El cambio en el potencial del metal más activo en la dirección del cátodo es por lo tanto minimizado así que la aceleración de la corrosión galvánica no es tan grande.


OBJETIVO DEL ESTUDIO

Evaluar el grado de daño, por corrosión galvánica, que el acero Dox puede causar a diferentes tipos de acero, tanto en medios ácidos, ácidos dulces y neutros-salinos.

Caracterizar el tipo de polarización que presenta el acero Dox en medios ácidos, ácidos dulces y neutros-salinos

Comparar la velocidad de corrosión galvánica entre diferentes aceros utilizados en la protección de estructuras expuestas a medios ácidos, ácidos dulces y neutros-salinos


Hipótesis

El acero Dox presenta buena resistencia a la corrosión y, por consiguiente, al estar involucrado en un par galvánico, con un material menor resistente a la corrosión (material más activo), se comportará como el elemento catódico.

El Dox presentará una alta polarización a la reacción catódica y una pequeña densidad de corriente de intercambio (densidad de corrosión), preferentemente a la reducción de hidrógeno, originando que para que se lleve a cabo esta reacción en el par galvánico se necesite un cambio energético grande y además , en caso de presentarse este potencial, la reacción se desarrollara de forma muy lenta, es decir, se desarrollará una corriente de par galvánico de valores tales que no contribuyan de manera significativa a la corrosión de este material activo.


Estudio Electroquímico

Medición de potencial Potencial vs. tiempo

Curvas de polarización Pendientes de Tafel, anódica y catódica Densidad de corriente de corrosión

Medición de la corriente galvánica Corriente del par en función del tiempo

Medición de el potencial galvánico Potencial del par en función del tiempo


COMPORTAMIENTO

DEL

POTENCIAL


Condiciones de Prueba

Las muestras (aceros con y sin recubrimiento) utilizadas para el seguimiento de potencial fueron tratadas de la siguiente forma

Acero Inoxidable y Acero B7

Desengrasados con agua y jabón.Enjuagados con agua destilada.

Secados con acetona.

Acero Dox, Cadminizado y Galvanizado

Desengrasados con agua y jabón.Enjuagados con agua destilada.

Secados con acetona.

Temperatura y Presión de la ciudad de MéxicoMedios estáticosReproducibilidad: 2 o 3 pruebas, según el caso


Medios de prueba

Medios ácidos:

Favorecer la producción del Hidrógeno

Medio neutro:

Favorecer la reducción del agua

Salina NaCl 3 % en peso.pH = 6.5

Acido H2SO4 ,1 Molar

pH = 1 Salina NaCl 3 % en peso. Saturada con CO2, pH = 3.9

El seguimiento del potencial se llevó acabo durante una hora, con el objetivo de encontrar el potencial de estabilización de la interfase evaluada.


Resultados de medición de potencial

MEDIOS ACIDOpH = 1

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 1000 2000 3000 4000

tiempo s

Po

ten

cia

l (E

CS

) V

Inoxidable

Dox

B7

cadminizadp

Galvanizado

Medio

Ácido H2SO4

pH = 1


VALOR DE POTENCIALES

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

METALES PROBADOS

PO

TE

NC

IAL

(E

CS

) m

V

ACIDO

SAL

CARBONICO


CURVAS

DE

POLARIZACION


Parámetros de prueba

Soluciones

Salina 3 % en peso NaCl, pH = 6.5 Ácido , H2SO4 ,1 MOLAR pH = 1 Solución Salina saturada con CO2, pH = 3.9

Polarización: ± 600 mv con respecto al

potencial de reposo, Erep

Temperatura y presión de la ciudad de México

Medios estáticos

Reproducibilidad: 2 0 tres pruebas, según el caso

Tiempo de prueba: aproximadamente 30 minutos


Dox en solucion acida

H2SO4 pH = 1

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

Densidad de corriente mA/cm2

Po

ten

cial

(E

CS

) m

V

prueba 1

prueba 2

Reproducibilidad


NaCl 3% en peso

pH = 6,5

-3000

-2750

-2500

-2250

-2000

-1750

-1500

-1250

-1000

-750

-500

-250

0

250

500

-6 -4 -2 0 2


Po

ten

cia

l (E

CS

) m

V

Inoxidable

Dox

B7

Cadminizado

Galvanizado

Curvas de polarizaciónAceros en solución salina-neutra


Solución salina 3% NaCl saturada con CO2

pH = 3,4

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2


Pot

enci

al (E

CS

) mV INOX

DOX

B7

CADMINIZADO

GALVANIZADO

Curvas de polarizaciónAceros en solución acida dulce


Medio acido pH = 1

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

-6 -4 -2 0 2


Po

ten

cia

l (E

CS

) m

V

cadminizado

galvanizado

dox

B7

Inoxidable

Curvas de polarizaciónAceros en acido


Comportamiento electroquímico Acero Dox en tres medios

ACERO DOX EN TRES MEDIOS

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2


Po

ten

cia

l (E

CS

) m

V

ACIDO

SAL

CARBONICO


COMPARACION ENTRE ACEROS TRES MEDIOS

DOX

INOXIDABLE

B7

CADMINIZADO

GALVANIZADO

00,020,040,060,080,1

0,120,140,160,180,2

TIPO DE ACERO

DE

NS

IDA

D D

E C

OR

RIE

NT

E D

E

CO

RR

OS

ION

mA

/cm

2

ACIDO

CARBONICO

SAL

Comparación entre acerosDensidad de corriente


RELACION DE PENDIENTES ANODICASTRES MEDIOS 5 ACEROS

DOX

INOXIDABLE B7CADMINIZADO

GALVANIZADO

0

20

40

60

80

100

120

TIPO DE ACERO

PE

ND

IEN

TE A

NO

DIC

A m

V/D

EC

AD

A

ACIDO

CARBONICO

SAL

Grado de polarización anódica


DOX

INOXIDABLE

B7

CADMINIZADO

GALVANIZADO

00,020,040,060,080,1

0,120,140,160,180,2

TIPO DE ACERO

DENS

IDAD

DE

CORR

IENT

E DE

CO

RROS

ION

mA/

cm2

ACIDO

CARBONICO

SAL


RELACION DE PENDIENTES CATODICASTRES MEDIOS 5 ACEROS

DOX

INOXIDABLE B7CADMINIZADO

GALVANIZADO

0

50

100

150

200

250

PENDIENTE mV/DECADA

TIP

O D

E A

CE

RO

ACIDO

CARBONICO

SAL

Grado de polarización catódica


DOX

INOXIDABLE

B7

CADMINIZADO

GALVANIZADO

0

0,5

1

1,5

2

2,5

TIPO DE ACERO

VE

L D

E C

OR

RO

SIO

N m

m/a

ño

ACIDO

CARBONICO

SAL



DOX

INOXIDABLE

B7

CADMINIZADO

GALVANIZADO

00,020,040,060,080,1

0,120,140,160,180,2

TIPO DE ACERO

DENS

IDAD

DE

CORR

IENT

E DE

CO

RROS

ION

mA/

cm2

ACIDO

CARBONICO

SAL

Velocidad de corrosión de los aceros


Estudio

De

Par

Galvánico


Pares galvánicos

Acero Dox contra diferentes aceros: B7, Inoxidable, Cadminizado, Galvanizado y entre ellos

Medios: Salina 3 % en peso NaCl, pH = 6.5 Acido , H2SO4 ,1 molar ph = 1 Solución salina saturada con CO2, pH = 3.9

Tiempo de prueba 7 días.

Temperatura ambiente y presión de la ciudad de México.

Distancia entre electrodos 90 mm.

Relación de área 1:1

Potenciostato Gill A.C. en modo de Amperímetro de Resistencia Cero


ECS

Celda para par galvánico

5 estaciones

Arreglo de celda para evaluar pares galvánicos

ECS: Electrodo de Referencia de Calomel Saturado


4 Aceros enfrentándose

a Dox

GALVANIZADO

CADMINIZADO

ACERO B7

INOXIDABLEDOX

CELDA

POTENCIOSTATO


Resultados

Corriente galvánica y

Potencial galvánico

en función del tiempo

tiempo de prueba 7 días


SEGUIMIENTO DE LA CORRIENTE Y POTENCIAL GALVANICOSMEDIO ACIDO, pH = 1

PAR GALVANICO DOX - ACERO

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 50 100 150 200

tiempo Hrs.

Co

rrie

nte

μA

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

Po

ten

cia

l (E

CS

) m

V CORR INOX

CORR B7

CORR CAD

CORR GALV

POT INOX

POT B7

POT CAD

POT GALV

Evaluación de pares galvánicos formados con Dox


SEGUIMIENTO DE LA CORRIENTE Y POTENCIAL GALVANICOSMEDIO NaCl 3%, pH = 6,4


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150

tiempo Hrs.

Co

rrie

nte

μA

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

Po

ten

cia

l (E

CS

) m

V CORR INOX

CORR B7

CORR CAD

CORR GALV

POT INOX

POT B7

POT CAD

POT GALV



SEGUIMIENTO DE LA CORRIENTE Y POTENCIAL GALVANICOSMEDIO NaCl CON SATURACION DE CO2, pH = 3,6


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 50 100 150

tiempo Hrs.

Co

rrie

nte

μA

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

Po

ten

cia

l (E

CS

) m

V CORR INOX

CORR B7

CORR CAD

CORR GALV

POT INOX

POT B7

POT CAD

POT GALV


3.9


DOX EN PAR CON DIFERENTES ACEROSDIFERENTES MEDIOS

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

INOXIDABLE B7 CADMINIZADO GALVANIZADO

METALES ACOPLADOS

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

ION

G

AL

VA

NIC

A m

m/a

ño

solucion acida

solucion salina

carbonico

Contribución de Dox a la corrosión del ánodo


INOX EN PAR CON DIFERENTES ACEROSDIFERENTES MEDIOS

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

DOX B7 CADMINIZADO GALVANIZADO

METALES ACOPLADOS

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

ION

GA

LV

AN

ICA

mm

/añ

o

Acido

Sal

carbonico

Contribución de Inoxidable a la corrosión del ánodo


CADMINIZADO EN PAR CON DIFERENTES ACEROS DIFERENTES MEDIOS

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

GALVANIZADO B7 INOX DOX

METALES ACOPLADOS

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

ION

GA

LV

AN

ICA

m

m/a

ño

acido

sal

carbonico

Contribución de acero Cadminizado a la corrosión del ánodo


GALVANIZADO EN PAR CON DIFERENTES ACEROS DIFERENTES MEDIOS

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

CADMINIZADO INOX B7 DOX

METALES ACOPLADOS

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

ION

GA

LV

AN

ICA

mm

/añ

o Acido

sal

carbonico

Contribución de acero Galvanizado a la corrosión del ánodo


Teoría del potencial mixto en la polarización de la reacción catódica sobre Dox


Evaluación

En comparación con metales como: Acero inoxidable Cadminizado Galvanizado

El acero con recubrimiento Dox genera un par galvánico poco agresivo por lo que la velocidad de corrosión del metal acoplado no aumentará.


Conclusiones

El acero DOX presenta un potencial más noble, que los otros metales, en todos los medios probados, por lo tanto se comportara como cátodo en cualquier par galvánico con estos metales.

La densidad de corriente de corrosión que produce el acero DOX es muy baja por lo que la velocidad de las reacciones será muy lenta.

La polarización catódica sobre el acero DOX es muy alta, es decir se requiere un cambio energético muy grande para que esta se lleve a cabo.


Conclusiones

El potencial del par galvánico que forma el acero DOX es más positivo que el potencial anódico del resto de los metales evaluados, por lo que éstos serán llevados a comportamientos más nobles, menos corrosivos

La salida de corriente que genera el acero DOX, en par galvánico, es muy baja y no puede considerarse agresiva.

En comparación con metales como acero Inoxidable, acero Cadminizado y acero Galvanizado, el acero DOX genera un par galvánico poco agresivo por lo que la velocidad de corrosión del metal acoplado no aumentará.

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