…como recubrimiento protector de metales y su influencia en la resistencia a niebla salina.
Autor: Mario Orcajo Villa.
Introducción
La protección contra la corrosión en metales es un aspecto crucial en diversas industrias, donde se busca prolongar la vida útil y mantener la integridad estructural de componentes metálicos. Uno de los métodos utilizados es la aplicación de recubrimientos protectores, como la oxidación negra, que forma una capa superficial resistente a la corrosión. Sin embargo, un mal proceso en la formación de la capa, puede afectar a la eficacia de dicho recubrimiento, así como la resistencia a ambientes corrosivos como la niebla salina.
El proceso de post oxidación del que se habla (nombre coloquial del proceso de oxidación para obtención de la capa negra) en piezas nitrocarburadas implica la formación de una capa de óxidos sobre la superficie del metal tratado. Esta capa de óxido mejora significativamente la resistencia a la corrosión al actuar como una barrera protectora. Sin embargo, el agua utilizada en este proceso puede alterar la composición y la calidad de esta capa, impactando directamente en su efectividad como protección contra la corrosión.
El proceso de post oxidación en piezas nitrocarburadas implica la formación de una capa de óxidos sobre la superficie del metal tratado. Para ello se empleará 𝐻2𝑂, el cuál puede actuar como agente reactivo y solvente en este proceso, participando en reacciones químicas y modificando la estructura de la capa de óxido.
En presencia de agua, los compuestos químicos utilizados en la post oxidación reaccionan con la superficie del metal, formando una capa de óxidos compleja. Esta capa suele estar compuesta por óxidos de hierro y otros elementos presentes en la aleación, los cuales son estables y proporcionan protección contra la corrosión.
El objetivo con esto es alcanzar 𝐹𝑒3𝑂4 (magnetita) en forma de óxido de hierro que es estable y de color oscuro gris/negro. Es de espesor muy pequeño y puede rondar en torno a una o dos micras. Se puede apreciar un ejemplo de capa negra en la Figura 30 que es una metalografía para observar la capa negra.
Para la realización de este proceso, se utiliza una atmósfera segura que es crucial para asegurar una oxidación controlada de la capa superficial. Suele llevarse a cabo en un rango de temperatura en torno a los 500 ºC, con una duración alrededor de los 60 minutos.
El exceso de agua durante la post oxidación puede afectar la uniformidad, adherencia y composición química de la capa de oxidación negra.
Para garantizar una capa de oxidación de calidad y uniforme, es crucial controlar cuidadosamente la cantidad de agua utilizada, así como las condiciones de temperatura y tiempo durante la post oxidación.
Metodología
Se realiza un estudio de aplicación de la capa de oxidación negra a dos piezas metálicas idénticas y que provienen de un mismo tratamiento previo para así eliminar posibles incongruencias en los resultados de la prueba. La diferencia que se aplica a cada proceso es los parámetros de la fase ONC (oxidación negra) que se explica a continuación.
1º Situación:
La primera muestra de acero se someterá a una oxidación controlada con una temperatura de proceso de 490 ºC y una duración de 90 minutos.
2º Situación:
La segunda muestra de acero se someterá a una oxidación controlada con una temperatura de proceso de 505 ºC (15 grados superior a la situación 1) y una duración de 45 minutos (la mitad del tiempo que la situación 1) usando la misma cantidad de agua.
El caudal de agua empleado para poder llevar a cabo la oxidación es proporcional a la superficie total de la carga que se quiere abarcar, por lo que a mayor carga y piezas en un mismo proceso, implicará un mayor caudal de agua.
Tras la conformación de la capa protectora de oxidación negra, estas se someten de manera simultánea a un estudio en cámara de niebla salina (oxidación controlada acelerada) para estudiar las diferencias sufridas en ambas piezas.
Resultados
1º PRUEBA
2º PRUEBA
En ambos estudios, las muestras de la 1º situación tienen una superficie homogénea, uniforme y grisácea sin rastros de zonas afectadas por el óxido.
En la 2º situación vemos un jaspeado uniforme leve pero que afecta de igual manera a toda la superficie de las muestras. En este caso, no se ha llegado en ningún momento a penetrar la capa negra y por lo tanto, no hay desprendimiento de esta, ni exposición del material base al exterior.
Los resultados obtenidos empleando el mismo caudal de agua pero variando el tiempo y la temperatura durante el proceso de oxidación negra son significativos en términos de resistencia a la corrosión en la cámara de niebla salina (CNS). Las piezas tratadas a una temperatura ligeramente más alta y durante un tiempo reducido mostraron una menor incidencia de problemas asociados con la sobrehidratación de los óxidos.
Discusión
El aumento de la temperatura y la reducción del tiempo en el proceso de oxidación negra pueden favorecer una mayor rapidez en la formación de la capa de óxido, permitiendo que esta se desarrolle de manera más uniforme y con una estructura más estable. Esto puede resultar en una capa de óxido menos propensa a la sobrehidratación, ya que la exposición prolongada al agua puede contribuir a este fenómeno.
Además, la temperatura elevada puede facilitar la evaporación más rápida del agua presente en el proceso, minimizando así la absorción excesiva de agua por parte de la capa de óxido y reduciendo la posibilidad de que esta se vuelva sobrehidratada. Estos resultados sugieren que un control preciso de las variables del proceso, como la temperatura y el tiempo, puede mitigar los efectos negativos del agua en la formación de la capa de oxidación negra y su resistencia a la corrosión en ambientes de niebla salina.
Conclusión
El exceso de agua durante la oxidación negra genera una sobrehidratación de los óxidos, afectando su adherencia y estabilidad. En las pruebas de niebla salina, estas muestras exhibieron una mayor susceptibilidad a la corrosión, con la aparición temprana de puntos de corrosión y pérdida de integridad de la capa protectora. Esto no garantiza la fiabilidad de un producto el cuál no tiene un control de los parámetros en el proceso de oxidación. La capa protectora independientemente de si se ha realizado correctamente o no, a simple vista muestra equidad en las superficies de manera homogénea, uniforme y aparentemente aptas para su uso en la industria.
Por lo que es clave llevar un control del proceso aplicado a las muestras si se quiere obtener como resultado un producto final fiable, seguro y apto para un uso prolongado sin riesgo de un fallo futuro por parte de la capa protectora.
Optimizar las condiciones de proceso y evitar el exceso de agua son fundamentales para garantizar la eficacia de la capa de oxidación negra como protección anticorrosiva en aplicaciones industriales.
Bibliografía
Estudio de elaboración propia. Mario Orcajo Villa
Metalografías de elaboración propia. Mario Orcajo Villa
Prueba de oxidación en CNS de elaboración propia. Mario Orcajo Villa
Imágenes de elaboración propia. Mario Orcajo Villa
Este artículo ha participado en el VII Concurso de Artículos de Divulgación Científica de la Universidad de Burgos.
