CORROSIÓN DEL ACERO INOXIDABLE AISI 316L EN

SOLUCIÓN DE NaCl A DIFERENTES CONCENTRACIONES

Aleación ferrosa que contiene por lo menos 11% de cromo. El cromo es reactivo, las aleaciones que lo

contienen se pasivan. Existen cuatro tipos de aceros inoxidables: ferríticos, austeníticos, martensíticos y

austenoferríticos (o dúplex)

Acero inoxidable

Los aceros inoxidables austeníticos 304, 316, 321 y 347 son los primeros que se escogen por su buena resistencia a la corrosión a temperatura ambiente.

Estos aceros tienen bajos valores de dureza y no pueden ser tratados térmicamente para incrementarlo.

Se utilizan en la industria química, petroquímica, pulpa de papel y en otras aplicaciones sufren corrosión desgaste.

Acero inoxidable

Los aceros inoxidables 304 y 316L se utilizan en prótesis ortopédicas, elementos de fijación y aparatos de ortodoncia.

Acero inoxidable

El desgaste disminuye el rendimiento o pérdida de energía de diversas máquinas debido a los cambios en las dimensiones, apariencia e integridad estructural.

Los factores involucrados en los procesos de desgaste son: dureza, tenacidad, constitución, estructura y composición química.

Otros factores pueden ser: materiales en contacto, presión, velocidad, temperatura y acabado superficial.

Acero inoxidable

Afectan también a las piezas de máquinas los procesos simultáneos de corrosión y desgaste.

En estos casos se deben elegir materiales que posean buenas propiedades electroquímicas y propiedades de superficie, o que predominen las primeras propiedades considerando la agresividad del medio.

En este trabajo, estudiaremos el efecto corrosivo de NaCl a diferentes concentraciones usando métodos electroquímicos; también estudiaremos la resistencia al desgaste del acero 316L por el método de pérdida de masa en estos medios corrosivos.

Acero inoxidable

Material y método

Material

CC CrCr NiNi MoMo MnMn SiSi FeFe

0,030,03 18,018,0 10,010,0 2,02,0 2,52,5 1,01,0 67,067,077

Acero inoxidable 316L, adquirido en forma de tubos de la empresa Avesta Sheffield de Suecia.

Composición química en % W.

Se maquinaron 24 probetas. Geometría y dimensiones en mm.

Fueron sometidas a tratamiento térmico de recocido a 1050 ºC durante 30 minutos seguido de enfriamiento rápido en agua a temperatura ambiente.

Probetas para desgaste

Celda y soporte de carga de máquina de desgaste

(a) Vista superior de la celda para los ensayos de corrosión desgaste. (b) Sistema de aplicación de la carga vertical.

Máquina de desgaste

Construida de acuerdo a la norma ASTM G 77-91

Se prepararon soluciones de NaCl a diferentes concentraciones:

1,5% 2,5% 3,5% 4,5% 5,5%

Reactivos de grado analítico y agua deionizada de alta pureza.

Soluciones

Se realizaron utilizando un tribómetro. Las probetas previas al ensayo fueron

pulidas con papeles de CSi de diferente granulometría hasta grado 1000.

Velocidad de giro 700 ±20 rpm. Tiempo de ensayo 1 hora. Desbastador pastilla de carburo de

tungsteno: HB05, dureza 1050 HV.

Pruebas de corrosión desgaste

La resistencia a la corrosión desgaste se determinó por pérdida de masa con una balanza analítica de ±0,1 mg de precisión.

Durante cada ensayo se registraron los coeficientes de fricción, las elevaciones de temperatura y las rotaciones del motor a través del sistema de control y adquisición de datos (SCADA) del equipo con ayuda de un software Labview.

Pruebas de corrosión desgaste

Se maquinaron 15 probetas de 10 mm de diámetro y 2 mm de espesor.

Se preparan metalográficamente con papeles de CSi de diferente granulometría.

Se encapsularon en epoxi dejando un área equivalente a 1 cm2 para el contacto con el medio electrolítico.

El contacto eléctrico se hizo a través de un alambre de 35 cm de largo introducido en un tubo de vidrio de 5 mm de diámetro.

Probetas para corrosión

Se utilizó un potenciostato Princeton Applied Reserch (PAR) modelo 173.

Celda de tres electrodos: - Electrodo de calomel saturado (ECS). - Contraelectrodo de platino. - Electrodo de trabajo (probeta de acero inoxidable 316L). Un programador universal y un registrador.

Pruebas electroquímicas

Potenciostato galvanostato PAR

Previo a la medida del potencial se corrosión libre se degasó la solución durante una hora.

Las curvas de polarización se trazaron a 200 mV más negativo que el potencial de corrosión de la probeta en la solución electrolítica hasta 1200 mV.

Velocidad de barrido 12 mV/min. En todos los casos las curvas se trazaron por

triplicado.

Pruebas electroquímicas

Se limpiaron cuidadosamente las probetas de los ensayos de corrosión electroquímica mediante ultrasonido en alcohol.

Para el microanálisis por EDAX las probetas fueron metalizadas con oro.

Se usó un microscopio electrónico de barrido Phillips 500 al cual se encontrada adosado un EDAX cuya capacidad de medida es de 1 micrón cúbico.

Probetas para microscopía electrónica de barrido y

microanálisis

MEB Philips 500 con EDAX

Resultados y discusión

Potenciales y densidades de corriente de corrosión

Solución Solución NaCl NaCl (%W)(%W)

EEcorr,libre corr,libre

(mv(mvecs)ecs)

EEcorrcorr

(mV(mVecsecs))

IIcorr corr

(µA/cm(µA/cm22))

1,51,5 -285-285 -335-335 0,0150,015

2,52,5 -325-325 -380-380 0,0250,025

3,53,5 -335-335 -490-490 0,0600,060

4,54,5 -365-365 -520-520 0,0720,072

5,55,5 -400-400 -610-610 0,0900,090

Curvas de polarización

En general, el ataque corrosivo es semejante a diferentes concentraciones de NaCl acentuándose ligeramente en las de mayor concentración.

En las curvas de polarización se nota una ligera inestabilidad a partir de 100 mVecs hasta aproximadamente 300 mVecs

La zona pasiva se extiende desde el potencial de corrosión hasta aproximadamente 850 mVecs

A partir de 850 mVecs la densidad de corriente aumenta debido a la disolución localizada del material.

Micrografía óptica mostrando ataque localizado en solución de

NaCl a 2,5%.

Micrografía MEB mostrando ataque localizado por placas en solución de

NaCl a 3,5%

Micrografía MEB mostrando ataque corrosivo en la vecindad de un poro

en solución de NaCl a 4,5%

EDAX de productos de corrosión de acero inoxidable 316L en solución

de NaCl a 4,5%.

En el espectro se observa un pico elevado de Fe, picos medianos de Cl y Cr y pequeños picos de Mn y Ni.

Como esta técnica no detecta oxígeno ni hidrógeno es razonable suponer que los productos de corrosión formados son óxidos, hidróxidos y cloruros de los metales mencionados.

Productos de corrosión

Coeficientes de fricción

Solución de NaCl Solución de NaCl (%W)(%W)

Coeficiente de fricción Coeficiente de fricción (µ)(µ)

0,00,0 0,68 0,68 ± 0,06± 0,06

1,51,5 0,63 0,63 ±± 0,03 0,03

2,52,5 0,60 0,60 ± 0,02± 0,02

3,53,5 0,58 0,58 ± 0,02± 0,02

4,54,5 0,56 0,56 ± 0,04± 0,04

5,55,5 0,54 0,54 ± 0,03± 0,03

Variación del coeficiente de fricción con la concentración de NaCl

El coeficiente de fricción en las soluciones de NaCl respecto al coeficiente de fricción en agua deionizada, se reduce :

en 7% en NaCl al 1,5% en 12% en solución de NaCl al 2,5% en 15% en solución de NaCl al 3,5% en 17% en solución de NaCl al 4,5% en 21% en solución de NaCl al 5,5%Debido probablemente al “efecto lubricante” de la solución.

Coeficiente de fricción

Pérdida de masa de acero inoxidable 316L sometido a

desgaste en NaCl a diferentes concentraciones

Solución de NaCl Solución de NaCl (%W)(%W) Pérdida de masa (g)Pérdida de masa (g)

0,00,0 0,3145 0,3145 ± 0,0120± 0,0120

1,51,5 0,3130 0,3130 ± 0,0125± 0,0125

2,52,5 0,2918 0,2918 ± 0,0115± 0,0115

3,53,5 0,2656 0,2656 ± 0,0120± 0,0120

4,54,5 0,2450 0,2450 ± 0,0125± 0,0125

5,55,5 0,1981 0,1981 ± 0,0120± 0,0120

Gráfica de pérdida de masa de acero inoxidable 316L sometido a

desgaste en NaCl a diferentes concentraciones

En seco, el desgaste aumenta la temperatura, el calor ablanda al substrato y se incrementa la pérdida de masa.

En la solución de NaCl la temperatura se incrementa unos 2 ó 3 ºC, decae el coeficiente de fricción y disminuye la pérdida de masa al aumentar la concentración de NaCl.

A veces se observan huellas profundas en la dirección de deslizamiento debido probablemente a que las partículas se adhieren actuando como colchón entre el desbastador y el substrato.

Pérdida de masa de acero inoxidable 316L sometido a

desgaste en NaCl a diferentes concentraciones

Los potenciales de corrosión del acero inoxidable 316L en soluciones de NaCl a diferentes concentraciones se hacen más negativos cuanto mayor es la concentración y las densidades de corriente de corrosión aumentan con la concentración del medio corrosivo.

Las pérdidas de masa por corrosión desgaste se encuentran en razón directa con los coeficientes de fricción en las soluciones de NaCl a diferentes concentraciones.

A mayor concentración de NaCl disminuye la pérdida de masa del acero inoxidable 316L en los procesos de corrosión desgaste debido probablemente al “efecto lubricante” de la solución durante el proceso.

Conclusiones

Al Programa Internacional de Física de la Universidad de Upsala – Suecia, por el apoyo brindado al Laboratorio de Física de Materiales de La UNT.

Al Dpto. de Materiales de la Comisión Nacional de Energía Atómica de la República Argentina por habernos permitido usar los equipos de sus laboratorios de Microscopía Electrónica y de corrosión electroquímica.

AGRADECIMIENTO

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Pérdida de masa en procesos de corrosión

F

Wim Eqcorr

icorr = densidad de corriente de corrosión,

Weq = peso equivalente y F = constante de Faraday