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.
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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
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Evaluaciones
y
Comparaciones
Dox vs.
Galvanizado
Acero B7
Cadminizado
Evaluación de Dox
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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
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Criterio de potencial
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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COMPORTAMIENTO
DEL
POTENCIAL
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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
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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.
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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
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VALOR DE POTENCIALES
-1400
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
METALES PROBADOS
PO
TE
NC
IAL
(E
CS
) m
V
ACIDO
SAL
CARBONICO
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CURVAS
DE
POLARIZACION
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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
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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
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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
Densidad de corriente mA/cm2
Po
ten
cia
l (E
CS
) m
V
Inoxidable
Dox
B7
Cadminizado
Galvanizado
Curvas de polarizaciónAceros en solución salina-neutra
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Solución salina 3% NaCl saturada con CO2
pH = 3,4
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Densidad de corriente mA/cm2
Pot
enci
al (E
CS
) mV INOX
DOX
B7
CADMINIZADO
GALVANIZADO
Curvas de polarizaciónAceros en solución acida dulce
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Medio acido pH = 1
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
-6 -4 -2 0 2
Densidad de corriente mA/cm2
Po
ten
cia
l (E
CS
) m
V
cadminizado
galvanizado
dox
B7
Inoxidable
Curvas de polarizaciónAceros en acido
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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
Densidad de corriente mA/cm2
Po
ten
cia
l (E
CS
) m
V
ACIDO
SAL
CARBONICO
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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
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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
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
DENS
IDAD
DE
CORR
IENT
E DE
CO
RROS
ION
mA/
cm2
ACIDO
CARBONICO
SAL
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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
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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
COMPARACION ENTRE ACEROS TRES MEDIOS
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
DENS
IDAD
DE
CORR
IENT
E DE
CO
RROS
ION
mA/
cm2
ACIDO
CARBONICO
SAL
Velocidad de corrosión de los aceros
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Estudio
De
Par
Galvánico
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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
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ECS
Celda para par galvánico
5 estaciones
Arreglo de celda para evaluar pares galvánicos
ECS: Electrodo de Referencia de Calomel Saturado
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4 Aceros enfrentándose
a Dox
GALVANIZADO
CADMINIZADO
ACERO B7
INOXIDABLEDOX
CELDA
POTENCIOSTATO
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Resultados
Corriente galvánica y
Potencial galvánico
en función del tiempo
tiempo de prueba 7 días
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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
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SEGUIMIENTO DE LA CORRIENTE Y POTENCIAL GALVANICOSMEDIO NaCl 3%, pH = 6,4
PAR GALVANICO DOX - ACERO
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
Evaluación de pares galvánicos formados con Dox
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SEGUIMIENTO DE LA CORRIENTE Y POTENCIAL GALVANICOSMEDIO NaCl CON SATURACION DE CO2, pH = 3,6
PAR GALVANICO DOX - ACERO
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
Evaluación de pares galvánicos formados con Dox
3.9
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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
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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
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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
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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
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Teoría del potencial mixto en la polarización de la reacción catódica sobre Dox
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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.
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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.
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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.