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Daño por hidrógeno en aceros galvanizados
ROBERTO CARDENAS TAYA
La susceptibilidad al daño por hidrógeno de láminas galvanizadas en caliente y por electrodeposición en medio ácido es analizada considerando el efecto que tiene la rugosidad superficial, la microestructura y el espesor de cada recubrimiento. Los resultados obtenidos demuestran que ambos galvanizados a pesar de sus diferencias morfológicas y la disminución de su espesor en el tiempo, debido a la corrosión, retardan considerablemente la difusión del hidrógeno hacia el acero base debido a su efecto barrera.
INTRODUCCIÓN El daño por hidrógeno en aceros ha sido un
fenómeno muy estudiado tanto en metalurgia como en electroquímica debido a los efectos económicos vinculados a la degradación de sus propiedades mecánicas. Algunos investigadores han enfocado su estudio en el uso de inhibidores orgánicos mientras que otros recurren al empleo de recubrimientos metálicos y óxidos como barreras contra el ingreso del hidrógeno
El cinc se perfila como un posible candidato, no sólo por su bajo costo, sino por su efecto barrera respecto del acero.
Para que un recubrimiento sea una efectiva barrera contra la permeación de hidrógeno debe ser continuo, relativamente grueso, impermeable y estable en el ambiente al que estará expuesto.
El modo en que ingresa y difunde el hidrógeno en el recubrimiento antes de llegar al acero ha sido representado en la Figura
Para ello es necesario realizar dos suposiciones en la interface sustrato-recubrimiento: el flujo de hidrógeno es continuo y el cociente de su concentración es igual al cociente de sus solubilidades en el equilibrio.
Material Metálico Las láminas galvanizadas; estudios previos
indicaron que la microestructura de ambos aceros era típica de aceros hipoeutectoides obteniéndose un número ASTM de tamaño de grano inferior a 7 y a 6 para el acero base del galvanizado en caliente y el obtenido por electrodeposición, respectivamente
Ensayos de Permeación Para medir el flujo de
hidrógeno en el acero galvanizado se empleó la celda de permeación horizontal de Devanathan-Stachurski.
Para ello se utilizó H2SO4 1 N a -1,3 V (ECS) y NaOH 0,1 N a 0,15 V (ECS) en el compartimiento catódico y anódico, respectivamente.
Análisis Superficial
Empleando un microscopio óptico se estudió la sección transversal del galvanizado por inmersión.
El análisis con microscopía electrónica de barrido a modo de imagen de electrones secundarios.
Análisis Preliminar del Recubrimiento En la Tabla 1 se muestran los parámetros de
rugosidad superficial de las láminas galvanizadas. Ra es la rugosidad media aritmética, Ry representa la máxima altura del perfil de rugosidad mientras que Rz es el promedio de las alturas de pico a valle.
La proximidad entre los parámetros obtenidos para cada recubrimiento indica que la influencia de la rugosidad superficial en la reacción de descarga de hidrógeno o en su recombinación, debe haber sido similar en ambos galvanizados.
La Figura 2 corresponde a las imágenes obtenidas con el microscopio óptico de las láminas galvanizadas antes de los ensayos de permeación. Obsérvese que la superficie del galvanizado en caliente presenta una menor irregularidad.
La Figura 3 corresponde a la fotomicrografía obtenida por microscopía óptica de la sección transversal del galvanizado en caliente empleado en los ensayos electroquímicos. En esta figura se pueden apreciar dos zonas claramente diferenciadas.
La Figura 4 corresponde a la fotomicrografía obtenida por microscopía electrónica de barrido de la sección transversal de ambos galvanizados. Nótese que ambos recubrimientos eran continuos y aparentemente presentaron una buena adherencia. El espesor del galvanizado en caliente fue aproximadamente el doble que el espesor del galvanizado en frío, cuya microestructura era monofásica.
Permeación de Hidrógeno Se muestran las curvas de permeación del
galvanizado en frío y del galvanizado en caliente enH2SO4 1 N a 25ºC. En ambos casos la corriente de permeación tardó cerca de cuatro horas en presentar un ligero incremento evidenciando el efecto barrera que tiene el zinc a la difusión del hidrógeno atómico.
Análisis Superficial
Se observan las microfotografías de ambos galvanizados luego de la permeación, Nótese el daño general en la superficie de ambos materiales debido, en mayor grado al efecto de la corrosión y en menor grado al daño por hidrógeno.
Para determinar si el acero base había presentado algún daño, luego de los ensayos de permeación, cada recubrimiento fue desbastado y atacado químicamente; luego la superficie se observó mediante microscopía electrónica de barrido.
Como puede apreciarse en ambos casos se notan grietas, sin embargo, para el galvanizado en caliente el número de grietas es pequeño y la mayoría son intergranulares. Esto pudiera deberse a su mayor espesor y a la presencia de compuestos intermetálicos.
Por otra parte, es probable que la aparición de estas grietas se debiera a la fragilización del acero: Los átomos de hidrógeno durante su difusión probablemente quedaron atrapados en los bordes de grano y algunos defectos de la red hasta que el aumento en la concentración local de hidrógeno atómico debilitara las fuerzas de atracción entre los átomos de la red, promoviendo el agrietamiento una vez que el esfuerzo local de tracción excediera la energía máxima de enlace de estos átomos
CONCLUSIONES A pesar de que cada galvanizado se
obtuvo empleando parámetros de proceso diferentes, los índices de rugosidad superficial para ambos recubrimientos resultaron similares.
Las curvas de permeación demostraron que ambos recubrimientos, presentan un efecto barrera importante ya que retardan considerablemente la difusión del hidrógeno hacia el acero base.
Las medición del espesor de ambos recubrimientos, antes y después de la permeación, indicaron que mientras el hidrógeno difundía en el galvanizado, ocurría la corrosión del recubrimiento.
