Según los métodos de estimación convencionales, la pérdida económica directa causada por la corrosión en China es aproximadamente el 3% del PIB anual, y el acero consumido por la corrosión representa aproximadamente un tercio de la producción anual, de la cual aproximadamente una décima parte no es reciclable.
La resistencia a la corrosión del aluminio y sus aleaciones es significativamente mayor que la del acero, lo que da lugar a pérdidas por corrosión mucho menores. Sin embargo, independientemente del material metálico o su nivel de resistencia a la corrosión, la pérdida por corrosión siempre ocurrirá hasta cierto punto durante el uso.
Se estima que la pérdida anual de aluminio por corrosión es aproximadamente el 0,5% de la producción de aluminio de ese año. Los tipos de corrosión que ocurren en el aluminio y las aleaciones de aluminio incluyen corrosión por picaduras, corrosión intergranular, fisuración por corrosión bajo tensión y corrosión por capas.
Las aleaciones de aluminio de la serie 6000 tienen el mayor rendimiento entre las aleaciones de aluminio forjado. Aunque su resistencia a la corrosión no es tan buena como la de las aleaciones de aluminio de las series 1000, 3000 y 5000, sigue siendo significativamente mayor que la de las aleaciones de aluminio de las series 2000 y 7000.
Las aleaciones de la serie 6000 tienen una tendencia relativamente alta a la corrosión intergranular, por lo que es importante evaluar su sensibilidad a la corrosión intergranular para estructuras críticas.
1. Clasificación de corrosión del aluminio.
La aparición de corrosión en el aluminio se puede dividir en dos tipos: corrosión integral y corrosión local.
La corrosión integral, también conocida como corrosión uniforme, se refiere a la pérdida que se produce de manera uniforme en la superficie del material cuando entra en contacto con el medio ambiente. Un ejemplo de corrosión uniforme en el aluminio es la corrosión que ocurre en una solución alcalina, como durante el lavado alcalino.
El resultado de la corrosión uniforme es que la superficie del aluminio se vuelve más delgada a un ritmo relativamente constante, lo que lleva a una reducción de masa. Sin embargo, cabe señalar que no existe una corrosión uniforme absoluta y que el adelgazamiento del espesor puede variar en diferentes zonas.
La corrosión local se refiere a la corrosión limitada a áreas o partes específicas de la estructura. Este tipo de corrosión se puede dividir en varias categorías, que incluyen:
1. Picaduras
La corrosión por picaduras ocurre en áreas aisladas de la superficie del metal y da como resultado pequeñas cavidades o picaduras que pueden crecer y eventualmente conducir a una perforación.
Si el diámetro de la abertura del pozo es menor que su profundidad, se llama corrosión por picaduras. Si el diámetro de la abertura del pozo es mayor que su profundidad, se llama erosión del pozo.
No existe un límite claro entre la corrosión por picaduras y la erosión por picaduras.
Un ejemplo típico de corrosión por picaduras en el aluminio ocurre en una solución acuosa que contiene cloruro.
La corrosión por picaduras es el tipo de corrosión más común en el aluminio y está causada por diferencias de potencial entre determinadas zonas del aluminio y la matriz de aluminio, o por la presencia de impurezas con un potencial diferente al de la matriz de aluminio.
2. Corrosión intergranular
Este tipo de corrosión afecta selectivamente los límites de los granos del metal o aleación sin causar una erosión significativa de los granos o cristales. Esto da como resultado una marcada reducción de las propiedades mecánicas del material, lo que provoca daños estructurales o fallos.
La corrosión intergranular ocurre cuando ciertas condiciones resultan en una mayor actividad en los límites de los granos, como impurezas en los límites de los granos o fluctuaciones en la concentración de elementos de aleación en los límites de los granos.
En otras palabras, debe haber una capa delgada en el límite del grano que esté cargada electronegativamente en relación con el resto del aluminio, lo que lo hace más susceptible a la corrosión. Este tipo de corrosión puede ocurrir en aluminio de alta pureza en ácido clorhídrico y agua a alta temperatura. Aleaciones como AI Cu, AI Mg Si, Al Mg y Al Zn Mg son particularmente sensibles a la corrosión intergranular.
3. Corrosión galvánica
La corrosión galvánica es una forma común de corrosión en el aluminio.
Cuando dos metales con diferentes niveles de actividad, como el aluminio (ánodo) y un metal menos activo, entran en contacto en el mismo ambiente o se conectan a través de un conductor, se forma un par galvánico y fluye corriente, provocando corrosión galvánica. Este tipo de corrosión también se conoce como corrosión bimetálica o corrosión por contacto.
El aluminio tiene un potencial natural muy negativo y, cuando entra en contacto con otros metales, siempre es el ánodo, el que acelera el proceso de corrosión. Casi todos los aluminios y aleaciones de aluminio son susceptibles a la corrosión galvánica.
Cuanto mayor sea la diferencia de potencial entre los dos metales en contacto, más grave será la corrosión galvánica. Es importante señalar que la relación de área superficial es crítica en la corrosión galvánica y la combinación más desfavorable es un cátodo grande y un ánodo pequeño.
4. Corrosión por grietas
La corrosión por grietas ocurre cuando dos metales iguales o diferentes entran en contacto, o cuando un metal entra en contacto con un no metal, creando un espacio. La corrosión ocurre en o cerca de la brecha debido a la falta de oxígeno en el área, lo que crea una celda de concentración.
La corrosión por grietas no depende del tipo de aleación y puede ocurrir incluso en aleaciones altamente resistentes a la corrosión. El ambiente ácido en la parte superior de la brecha es la fuerza impulsora detrás de la corrosión y es una forma de corrosión bajo sedimento (incrustaciones).
Un ejemplo de corrosión en grietas bajo incrustaciones es la corrosión que se produce debajo del mortero en la superficie de los perfiles de construcción de aluminio hechos de aleación 6063.
La corrosión de las juntas puede ser causada por lodo, incrustaciones e impurezas en la superficie metálica de las conexiones de bridas, superficies de sujeción, superficies superpuestas, poros de soldadura, capas subyacentes de óxido y capas de drenaje.
5. Fisuración por corrosión bajo tensión
La corrosión por tensión es un tipo de corrosión que se produce cuando existen simultáneamente una tensión de tracción y un medio de corrosión específico. La tensión puede ser externa o residual dentro del metal, que puede ser causada por factores como la deformación durante el procesamiento y la fabricación, cambios severos de temperatura durante el enfriamiento o cambios de volumen resultantes de cambios en la estructura interna.
La tensión residual también puede ser causada por procesos como remachado, ajuste de tornillos, ajuste a presión y ajuste por contracción en frío.
Cuando la tensión de tracción sobre la superficie del metal alcanza el límite elástico Rp0.2, se producirá fisuración por corrosión bajo tensión.
Las aleaciones de aluminio de las series 2000 y 7000 pueden producir tensiones residuales durante el enfriamiento, que deben eliminarse mediante un estiramiento previo antes del tratamiento de envejecimiento para evitar deformaciones o introducir tensiones en las piezas de la aeronave durante el procesamiento.
6. Corrosión en capas
La corrosión por capas, también conocida como delaminación, desconchado o decapado, es una forma específica de corrosión que ocurre en las aleaciones de las series 2000, 5000, 6000 y 7000. Se observa comúnmente en materiales extruidos y, una vez que ocurre, puede desprenderse la capa. por capa, como la mica.
7. Corrosión filiforme
La corrosión filiforme es un tipo de corrosión progresiva que puede desarrollarse debajo de películas de pintura de aluminio u otros recubrimientos, pero no se encuentra debajo de películas de óxido anódico. Este tipo de corrosión se encuentra comúnmente en piezas estructurales de aluminio de aeronaves y piezas de aluminio estructurales o de construcción.
La aparición de corrosión filiforme está influenciada por factores como la composición del material, el tratamiento previo antes del recubrimiento y factores ambientales como la temperatura, la humedad y los niveles de cloruro.
2. Corrosión intergranular de aleaciones de la serie 6000.
La serie 6000 de aleaciones de aluminio, que pueden reforzarse mediante tratamiento térmico, son las aleaciones de aluminio forjado más utilizadas en la actualidad. Son aleaciones Al Mg Si y Al Mg Si Cu y en 2018, 126 de las 706 aleaciones registradas en la Aluminium Association, Inc. eran aleaciones de la serie 6000, lo que representa el 18%.
Estas aleaciones se utilizan ampliamente en las industrias de la construcción, estructuras y transporte debido a su buena formabilidad en el procesamiento, resistencia moderada y excelente resistencia a la corrosión. Sin embargo, si la proporción de composición de la aleación no es apropiada, los parámetros del tratamiento térmico no se seleccionan correctamente o el procesamiento y la conformación son inadecuados, puede ocurrir corrosión intergranular en ambientes que contienen cloro.
La mayor parte de la corrosión intergranular ocurre en aleaciones con una pequeña cantidad de cobre y una alta relación Si/Mg. Generalmente, el contenido de cobre en la mayoría de las aleaciones que contienen cobre no supera el 0,4%, y sólo cuatro aleaciones, como 6013, 6113, 6056 y 6156, tienen un contenido de cobre de hasta el 1,1%. Se añade cobre a las aleaciones de Al Mg Si para mejorar las propiedades mecánicas de la aleación.
La microscopía electrónica de transmisión de barrido de alta resolución revela que las capas de segregación ricas en cobre y los precipitados catódicos de fase Q se encuentran a menudo en aleaciones con sensibilidad a la corrosión intergranular. La fase q es una fase intermetálica cuaternaria con fórmula molecular Cu 2 mg 8 Si 5 Al 4 que precipita a lo largo del límite del grano, provocando la disolución anódica de la solución sólida adyacente y formando una zona libre de precipitados.
3. Prueba de sensibilidad a la corrosión intergranular.
Existen dos métodos comunes para determinar la sensibilidad a la corrosión intergranular de las aleaciones de aluminio: pruebas de campo y pruebas de inmersión acelerada. En las pruebas aceleradas, a menudo se utiliza una solución de cloruro de potasio que contiene ácido clorhídrico (ISO 11846 método B) o una solución de cloruro de potasio con peróxido de hidrógeno (ASTM G110) para acelerar el proceso de corrosión.
Después de la prueba, se examina la sección transversal de la muestra mediante metalografía o se mide la pérdida de propiedades mecánicas. Los resultados de las pruebas aceleradas ISO 11846 son altamente consistentes con los resultados de las pruebas de campo en atmósfera marina.
Sin embargo, durante las pruebas aceleradas, casi todos los límites de grano cerca de la superficie de la muestra sufren una corrosión severa (corrosión intergranular uniforme), mientras que en las pruebas de campo, la superficie de la muestra se corroe sólo en áreas limitadas (corrosión local). A pesar de esta diferencia, las pruebas aceleradas siguen siendo un método estándar para evaluar con precisión la presencia de corrosión en los límites de grano en los materiales.
La industria automotriz a menudo determina si una aleación de aluminio de la serie 6000 presenta corrosión intergranular de acuerdo con la norma ISO 11846 método B. Esto implica sumergir una pequeña muestra (área de superficie inferior a 20 cm2) en una solución ácida de cloruro de sodio a temperatura ambiente (pH = 1). ) durante 24 horas y luego realizando una inspección metalográfica para determinar el tipo de corrosión (contaminación o intergranular).
Es esencial determinar el alcance del daño causado por la corrosión superficial y la profundidad máxima de la corrosión. Estudios recientes indican que realizar algunas modificaciones significativas en las condiciones de prueba no afectará significativamente la reproducibilidad de los resultados.
La norma especifica que la relación entre el volumen del electrolito y la superficie de la muestra no debe ser inferior a 5 ml/cm2, o tendrá un impacto significativo en la tasa de corrosión intergranular. Para que la superficie de la muestra se corroa, debe haber una reacción catódica (precipitación de hidrógeno y reducción de oxígeno) y el valor del pH de la solución de prueba debe aumentar con el tiempo, lo que lleva a una disminución de la corrosión del electrolito.
De las 8 series de aleaciones de aluminio forjado, la aleación de la serie 6000 es un tipo de aleación de Al Mg Si (Cu, Zn) y es altamente susceptible a la corrosión intergranular. Esta serie tiene alta sensibilidad a la corrosión intergranular.
Para probar la tendencia a la corrosión intergranular de la aleación de la serie 6000, el método más eficaz es realizar un ataque alcalino de acuerdo con la norma ISO 11846 y luego realizar un tratamiento de descontaminación utilizando una solución concentrada de ácido nítrico. Sin embargo, los resultados pueden verse afectados por el grabado en una solución de NaOH con una temperatura de 50-60°C y una fracción de masa del 5-10% durante 2-5 minutos.
Una alternativa más eficaz al grabado alcalino es utilizar una solución de ácido nítrico/ácido fluorhídrico, que puede eliminar eficazmente el aluminio de las manchas de protoplastos ricos en hierro en la superficie. Las partículas de aluminio pueden acelerar la corrosión de las aleaciones de aluminio en soluciones de cloruro, ya que son microcátodos locales y una fuente de corrosión intergranular.
La corrosión de la aleación en una solución de ácido nítrico/fluoruro es más lenta en comparación con la corrosión en una solución alcalina.
La aleación de la serie 6000 no solo es una aleación de aluminio deformada diversificada, de alto rendimiento y ampliamente utilizada, sino también una de las aleaciones deformadas con alta sensibilidad a la corrosión intergranular. Sin embargo, la corrosión intergranular se puede evitar siguiendo estrictamente las especificaciones del proceso, especialmente el proceso de tratamiento térmico, e implementando un diseño estructural razonable y excelentes prácticas de fabricación.
La sensibilidad a la corrosión intergranular de las estructuras y componentes de aleación de aluminio de la serie 6000 también está estrechamente relacionada con su entorno operativo. Es esencial dar plena consideración al diseño de estructuras.
