Evaluación y Cuantificación del Deterioro:

Ensayos Acelerados

Franky Esteban Bedoya LoraEstudiante Maestría en Ingeniería

Curso: Corrosión y ProtecciónProfesor: Juan Guillermo Castaño

Introducción

“Any acceleration constitutes progress, Nature had no understanding of the modern rate of work (… ) Simply wasted time. An untenable waste of time.”

Karel Čapek

Generalidades: Tipos de ensayo

Laboratorio

Condiciones controladas y medibles

Periodos cortos

la composición del medio puede ser fijada con exactitud y

mantenerse constante

Extrapolaciones y predicciones menos confiables

Útil para comparar

Campo

Exposición a condicionesambientales

Periodos largos.

Condiciones de ataque muy variables y algunas veces no

controlables

Extrapolaciones y predicción de comportamiento en el tiempo

mas confiables

Utiles para estudiar mecanismos

Servicio

Ambientes específicos, generalmetne en planta

Ensayos acelerados de corrosión

Los ensayos de laboratorio se llevan a cabo en ambientes que difícilmente se pueden alcanzar a condiciones de servicio, al poder controlar estas condiciones se puede identificar el efecto de distintos factores que influyen en la corrosión.

-Superficie del metal/probeta-Composición del ambiente (SO2 , NO2 , CO2)-Temperatura y presión-Movimiento relativo de la probeta-Tiempo de exposición-Aireación-Humedad relativa-Velocidad de impacto

Ventajas y desventajasV

enta

jas • Cortos tiempos

• Comparación

• Condiciones controladas

• Reproducibildiad

• Separación de factores

Des

ven

taja

s • Determinación de mecanismos.

• Extrapolación de resultados

• Incertidumbres asociadasa instrumentos

• Nunca podrá simular un sistema real.

• Modelos simplistas

Procedimiento general para ensayosacelerados

• Preparación de probetas (ASTM G1)– Preparación de superficie arbitraria– Limpiar, desengrasar, secado con agua+acetona– Identificación de muestras (posición relativa)

• Número de réplicas– Minimo dos, para tratamientos estadisticos minimo 5

• Selección de medio corrosivo– Dependerá del objetivo de investigación y condiciones usuales de servicio

• Duración de exposición– Factores prácticos (Analisis en corto tiempo, bajo costo)– Velocidades de corrosión o deterioro– Permanencia de los mecanismos de corrosión

• Remoción de productos de corrosión– Mecánico– Quimico– Tratamientos electrolítico

• Obtención e interpretación de resultados (ASTM G31, G46 y G48)– Caracterización del material– Velocidades de corrosión (Perdidas de peso), potencial de corrosión, potencial de protección…– Inspección visual, microscopio, y clasificación del tipo de corrosión.

Clasificación de ensayos acelerados

Inmersión

• Total

• Parcial

• Intermitente

Cámara

• Niebla salina

• Niebla salinamodificada

• Cámaras climáticas

• Cámara de humedad

• Degradación porfuentes de luz

Mecanicos

• Erosión-cavitación

• Corrosión rendija y picadura

• Corrosión fatiga

Electroquímicos

• Resistencia a la polarización

• Impedanciaelectroquímica

• Polarización cíclica

• Polarizacióngalvanostática

Inmersión total (ASTM G31)

• Condiciones de inmersión en solución.

• Usado para selección de materiales para transporte portubería u otros equipos en contacto con líquidoscorrosivos.

• Se necesita agitación.

• Ventajas– Ensayos directos faciles de

ejecutar, minimo esfuerzo y bajo costo de equipos.

– Cubre un gran rango de condiciones y materiales

• Variables examinadas

– Temperatura

– pH

– Concentracion X-

– Gases ácidos solubles

– Aireación

– Presión

– Velocidad y regimen de flujo

– Profundidad

Inmersión total (ASTM G31)

• Variables a tener en cuenta– Volumen de solución– Soporte de probetas

• Evaluación– Apariencia visual– Cambio de peso (ASTM 31)– Si hay corrosión localizada

ASTM G46 y G48– Potencial de corrosión

respecto a electrodo de referencia

Inmersión total (ASTM G31)

Inmersión alternada(CEBELCOR, ASTM G44)

• Naturaleza cíclica

– Sumergida un tiempo (10 min)

– Removida y secada (50 min)

• Se asegura aireación de la solucion sobre la probeta

• Concentración por evaporacion en la superficie

• Productos de corrosión mayor tiempo en contacto(no sucede en inmersión continua)

• Simula mediante el uso de diversas soluciones, las lluvias y otras formas de humectación

• Ciclos de humectación y secado por calor o aire

• Soluciones: ‒ Agua destilada (rural)

‒ Solución de Na2SO4

(industrial)

‒ NaCl (marina)

‒ Mezcla de los anteriores

Inmersión alternada(CEBELCOR, ASTM G44)

1. Disolución de simulación 2. Eje de rotación3. Probeta de ensayo4. Electrodo de referencia5. Potenciómetro6. Sistema de aireación.7. Dispositivo de secado

Inmersión alternada(CEBELCOR, ASTM G44)

Ensayos de inmersión modificados

Ensayos en cámara

• Las probetas se colocan en una cámara que simula condiciones de exposición y que pueden ser controaldas.

• Se busca simular corrosión atmosferica: Marina, industrial o combinación. • Variables importantes

– Humedad relativa– Concentración de sales– Gases corrosivos– Temperatura– Radiación UV, Solar

• Se busca acelerar la degradación bajo condiciones mas agresivas. • Los ensayos en cámara se usan principalmente para propósitos de

comparación, ya que condiciones más agresivas pueden cambiar los mecanismos.

• Criterios de evaluación principales– Adherencia– Delaminación y ampollamiento– Inspección visual

Ensayos en cámara

Cámara de niebla salina(ASTM B117)

• Diseñada incialmentepara simularambientes marinos.

• Util para fines de comparación.

• El ensayo se lleva a cabo en una cámaradonde un atomizadorgenera niebla salinaque cae verticalmentesobre las probetas.

Cámara de niebla salina(ASTM B117)

• Variables importantes– Ángulo de la probeta

– Concentración salina

– Tipo de solucion• Sintetica

• Sal de mar (efecto mayor)

• Condiciones estandar– Temperatura 35° C

– Concentración salina 5% NaCl en peso.

– pH neutro (6.5 – 7.2)

– Presion entrada de aire: 10 a 25 psi

Cámara de niebla salina modificada(ASTM G85)

• Niebla salina con ácido acético: Ajuste de pH a 3.3 con A.A. 35 ° C

• Niebla salina ácida cíclica: pH de 3.0 con A.A. 49 ° C

• Niebla salina sintética acidificada: Adición de 10 ml de A.A. por cada litro.

• Niebla salina/SO2 cíclico: Inyección de SO2 gaseoso.

– Se utiliza principalmente para examinar recubrimientosniquel-cromo en acero y zinc.

– A la solución de 5% NaCl con ácido acético, se le adiciona 0.25 g/l de CuCl2.H2O

Ensayo de niebla salina-acido acéticoacelerado con cobre (CASS)

(ASTM B368)

Ensayo cíclico de electrolitos diluidos(Prohesión, ASTM G87)

• Ciclos de una hora en seco y una hora en niebla

• El electrolito es una solución de cloruro de sodio y sulfato de amonio, en concentraciones mucho más bajas que en el ensayo normal de niebla salina.

• el Rocio atomizado no debe estar saturado con agua

• Condiciones de operación– NaCl 0.05% + (NH4)2SO2

0.35%– Temperatura:

• 24 ° C en periodo seco• 35 ° C en periodo húmedo

– %HR por debajo de 75%

• Muy buena correlaciónentre medidas de laboratorio e inspecciones a sistemasreales

• El mecanismo de corrosión se preserva en ambos ambientes

• Puede usarse paraevaluar tanto el desempeño esperado a condiciones reales o paraanálisis comparativo

Ensayo cíclico de electrolitos diluidos(Prohesión, ASTM G85)

Ensayo Corrodkote(ASTM B380)

• Las probetas se exponen a un ambientesimilar al de lodo de nieve, en una atmosferahúmeda y caliente.

• Simula partes de automoviles en tiemposde invierno para unaciudad típica

• Reactivos usados: – Nitrato cúrpico– Cloruro férrico– Cloruro de amonio– Lodo Corrodkete preparada con

los reactivos anteriores mas caolín.

• Resultados muy semejantes a las condiciones reales.

• Usado principalmente en pruebas tipo pasa / no pasa.

• No se usa para evaluación de desempeño o comparación, aunque se han obtenidobuenas correlaciones respectoa las condiciones reales.

Ensayo Corrodkote(ASTM B380)

• El aire húmedo que con SO2produce rápidamente corrosión en metales y de manera similar a lo que ocurre en ambientes industriales.

• El ensayo detecta poros y otras fuentes de debilidad en los recubrimientos y deficiencias en la resistencia a la corrosión asociadas a la composición en una aleación o tratamiento.

• Los resultados obtenidos se deben tomar sólo como una guía para evaluar la resistencia relativa a la corrosión en estos materiales respecto a condiciones reales bajo SO2.

Ensayos de SO2 (Kesternich, ASTM G87)

Ensayos de SO2 (Kesternich, ASTM G87)

• Históricamente hay dos ensayos de este tipo: – Ensayo BNFMRA – Ensayo de Kesternich.

• Actualmente están en desuso • Los tipos de corrosión que se observan

no se asemejan a ninguno de los observados en condiciones reales.

• La extrema corrosividad del ambiente en algunos casos enmascara recubrimientos subestandar, y viceversa.

Método BNFMRA (BS) Ensayo Kesternich

Reemplazado por de niebla salina con ácido acético y aceleración por cobre.

Actualmente se mantiene como ensayo estándar

ASTM G85 ASTM G87 (2007), ISO 6988, ISO 3231

• Las probetas de ensayo se someten a ciclos de humectación (8 h) y secado (16 h) en presencia de SO2.

• Inyección de 0,2 a 2 L de SO2.

• Calentamiento de 2 L de agua, hasta que la temperatura del interior de la cabina alcanza 40±3°C.

Ensayos de SO2

(Kesternich, ASTM G87)

33222 HSOHSOHOHSO

Cámara de condensación de humedad(Resistencia al agua, ASTM D870)

• Orientada a probetas con recubrimientos

• Cámara cerrada que contiene una mezcla de aire saturado con vapor de agua

• Temperatura 38 ° C

• 100 % HR

• EL agua penetra los recubrimientos

• Dependen principalmente de las características del recubrimiento.

• Variables medidas: – Cambio de color

– Ampollamiento

– Perdida de adhesión, entre otros.

Cámara de condensación de humedad(Resistencia al agua, ASTM D870)

• Ensayo de tipo pasa / no pasa, a un tiempo dado.

• El agua puede causar degradación en los recubrimientos, lo que permite predecir el tiempo de vida a condiciones de servicio. La falla al ensayo puede deberser a : – Deficiencia del recubrimeinto

– Contaminación del sustrato

– Inadecuada preparación de la superficie

• Este ensayo es usado ampliamente como criterio de aceptación, control de calidad y para la investigación y desarrollo de nuevos recubrimientos y preparación de sustratos.

Cámara de condensación de humedad(Resistencia al agua, ASTM D870)

Ataque intergranular Cr-Ni-Fe(ASTM A262)

• Evaluan la susceptibilidad del ataque intergranularinfluenciado por variaciones en el proceso/tratamiento y/o composición de las aleaciones.

• Los ambientes usados en estos ensayos son altamente agresivos

• Los resultados no pueden asegurar una buena reproducibilidad respecto a condiciones de servicio.

Cámaras climáticas

• La cámara climática dosifica contaminantes (NO2, SO2 ppb) mediante el uso de permeación del contaminante puro o reguladores de flujo.

• Concentraciones bajas para reproducir lo máximo posible una condición natural

• Control sobre %HR , temperatura, radiación UV.

• Suelen ser muy específicos y buscan la evaluación de un material recubierto o no bajo condiciones específicas.

• Variables controladas:

– Humedad relativa

– Temperatura

– Presión

– Concentración de contaminantes

– Radiación UV en algunos casos.

Cámaras climáticas

Degradación por fuentes de luz(ASTM 151 )

• Este tipo de ensayos busca simular el efecto de la luz solar, en conjunto con la humedad y temperatura

• Los métodos más usados son la exposición a radiaciones UV y la lámpara de xenón que cubre un rango mayor de radiación.

• No hay buena correlación respecto a condiciones reales (factor de aceleración)

UV

Lámpara de xenón

Exposición a radiación UV(ASTM D4587, ASTM 154)

• Las probetas se exponen a ciclos repetitivos de radiación y humedad a condiciones ambientales controladas,.

• La humedad generalmente se obtiene por atomización de agua desionizada. La exposición puede variarse de acuerdo a: – Tipo de lámpara fluorescente– Nivel de radiación– Tipo de ambiente húmedo– Coordinación entre exposición a la

luz y humedad– Temperatura en la exposición a la

luz y en bajo condiciones húmedas– Coordinación del ciclo

luz/oscuridad

Exposición a radiación UV(ASTM D4587, ASTM 154)

• Generalmente se usan dos tipos de lámparas fluorescentes:

– UVA 340 (Luz de día abierta)

– UVA 351 (Luz de día a través de vidrio)

Exposición a lámpara de xenón(ASTM 155)

• Mismas consideraciones que en la exposición UV.

• Se realiza específicamente para simular las condiciones de radiación de la luz solar sobre la tierra en horas de día.

• Entre las variables a tener en cuenta – Uso o no de filtros de radiación

que eliminan la radiación ultravioleta o radiaciones más cortas que 310 nm.

– Filtros para radiaciones infrarrojas y evitar calentamiento excesivo.

Cavitación-erosión

• El fenómeno y mecanismos de la cavitación-erosión generalmente está acompañado de corrosión, y los mecanismos químicos y mecánicos tienen un efecto sinérgico este proceso.

Tipos de ensayo• Flujo de alta velocidad

– Tubos venturi– Discos rotatorios– Ductos con probetas en su interior

• Dispositivos de alta frecuencia y vibración– Dispositivos de magnetotricción– Dispositos piezoeléctricos

• Impacto de flujo– Probetas rotatorias a través de flujo estacionario– Probetas estacionarias expuestas a flujos de alta velocidad

• La evaluación de este ensayo se basa en la pérdida de masa

• Los resultados se dan en curvas de pérdida de masa o volumen contra el tiempo. La curva se puede dividir en cuatro zonas.– Incubación– Acumulación– Atenuación– Estable

• Se ha propuesto que la evaluación de los materiales o de las variables en estudio se basen en los resultados obtenidos en la zona de atenuación.

Cavitación-erosión

Cavitación-erosión

Otros ensayos mecánico/químicos

• Corrosión rendija y picadura: – Inmersión en solución para

generación de picaduras: Cloruro férrico acidificado.

– Polarización anódica en una solución clorada para evaluar potencial critico de picadura y potencial de protección.

– Ensayos de campo con probetas con o sin corrosión por rendija.

• Corrosión fatiga

• Corrosión por abrasión: En estos ensayos se busca simular la corrosión causada por el contacto entre dos superficies y causada por leves o altos movimientos entre estas. Las variables a controlar son– Presión de contacto,

– Amplitud de movimiento,

– Humedad del ambiente.

• El daño se mide por – Pérdida de masa,

– Determinación de los escombros oxidados, e

– Inspección visual.

Otros ensayos mecánico/químicos

Bibliografía

• [1] Corrosion (3rd Edition) Volumes 1-2, 19. Corrosion Testing, Monitoring And Inspection

• [2] TESTING Jeffrey Guthrie, Brigitte Battat And Chris Grethlein, Accelerated Corrosion, Rome, NY.

• [3] Sean Brossia, Laboratory Assessment Of Corrosion, Environmental Performance Of Materials Section, Southwest Research Institute, San Antonio, Texas

• [4] M. Zapponia, Et Al. Prohesion And Outdoors Tests On Corrosion Products Developed Over Painted Galvanized Steel Sheets With And Without Cr(VI) Species .

• [5] Normas ASTM

• [6] Normas ISO