Materiales Aeronáuticos: Corrosión del magnesio y sus aleaciones Preparado por: Hinojosa, I. - Muniz, G. - Parisi, F. - Salas, M. - Sgroi, H.
Corrosión en las aleaciones de magnesio La resistencia a la corrosión del magnesio depende de ciertos factores los cuales en general también resultan críticos para otros tipos de metales. Para que la corrosión se produzca, deben aparecer cuatro factores: a) Un metal susceptible a la corrosión (llamado ánodo). b) Un material de menor tendencia a la corrosión. c) La presencia de un líquido conductor (electrolito). d) Debe existir contacto entre ambos metales (ánodo y cátodo). Algunos factores influyentes en la corrosión comprenden: El tipo de material, tratamiento térmico y tipo de grano, composición de la aleación y efectos de las impurezas, tipo de ambiente (ambiente rural, ambiente marino, elevada temperatura, entre otros) y exposición a este, el estado de la superficie de la pieza, el contacto con otros metales, disponibilidad de oxígeno, presencia de organismos biológicos, entre otros. Termodinámicamente, el magnesio debe reaccionar completamente con el oxígeno, así como también con el agua. agua. Generalmente, el hecho de que no reaccione con alguno de estos se debe a un comportamiento pasivo en muchos ambientes. En un ambiente corrosivo, las picaduras u otras formas de corrosión local se producen como resultado de la descomposición de la película. Efecto de los distintos materiales Elementos como el aluminio, manganeso, sodio, silicio, estaño y plomo; así como torio, circonio, berilio, cerio, itrio, praseodimio; se sabe que tienen poco o ningún efecto sobre la resistencia a la corrosión del magnesio puro frente al agua salada cuando están presentes en niveles superiores a su solubilidad solubilidad sólida, o hasta un máximo del 5%. Elementos como cadmio, zinc, calcio y plata; tienen un efecto de aceleración leve a moderada en cuanto al ataque de la corrosión, mientras que otros como hierro, níquel, cobre y cobalto tienen efectos muy nocivos debido a su bajo límite de solubilidad sólida y su capacidad para servir como sitios catódicos activos para la reducción de agua en cuanto al sacrificio del magnesio elemental. Efectos de los tratamientos Tratamientos como el mecanizado, conformado, la soldadura, o algunos tratamientos térmicos pueden dejar en el material tensiones residuales que pueden causar grietas en ambientes corrosivos. Los especímenes homogeneizados y envejecidos artificialmente (T6) muestran considerablemente menos corrosión que las muestras fundidas (F) y homogeneizadas homogeneizadas (T4). El tratamiento térmico influye principalmente principalmente la distribución de la fase Beta intermetálica (distribución hexagonal compacta de los átomos; Mg17Al12) en la aleación. El envejecimiento de homogeneización (T6) causa la precipitación de esta fase como una red casi continua de partículas secundarias a lo largo de los bordes de los granos. En la condición T4, la fase beta se disuelve completamente. El trabajo en frío de las aleaciones de magnesio (por ejemplo, con el estiramiento o flexión) no tiene efecto apreciable sobre la velocidad de corrosión. Sin embargo, la contaminación superficial debido a la manipulación y el tratamiento mecánico en gran medida pueden degradar la re sistencia a la corrosión de las aleaciones de alta pureza.
Materiales Aeronáuticos: Corrosión del magnesio y sus aleaciones Preparado por: Hinojosa, I. - Muniz, G. - Parisi, F. - Salas, M. - Sgroi, H. Factores ambientales Atmósferas: los principales agentes corrosivos son el oxígeno y la humedad en el aire. La corrosión a menudo resulta de la acción directa del oxígeno atmosférico y la humedad en el metal. La atmósfera también puede contener otros gases corrosivos y contaminantes, especialmente los gases industriales y la neblina salina de mar. Una superficie de aleación de magnesio limpia y sin protección expuesta a ambientes interiores o exteriores libres de niebla salina desarrollará una película gris que protegerá el metal de la corrosión, causando solo pérdidas insignificantes en las propiedades mecánicas. Cloruros, sulfatos y materiales extraños que mantengan la humedad en la superficie pueden provocar la corrosión y las picaduras. La película superficial que normalmente se forma en las aleaciones de magnesio ofrece una protección limitada de ataques. El magnesio y las piezas de aleación de magnesio sin protección son resistentes a los ambientes rurales y moderadamente a ambientes marinos e industriales. Por esa razón, en ambientes marinos muy cargados con neblina salina, el magnesio requiere protección para la supervivencia prolongada, la cual consistirá en capas aplicadas adecuadamente. La corrosión de las aleaciones de magnesio aumenta con la humedad relativa. En 9,5% de humedad, ni el magnesio puro, ni cualquiera de sus aleaciones exhiben evidencias de corrosión de la superficie después de 18 meses. En 30% de humedad, solo ocurre una corrosión menor. A 80% de humedad de la superficie exhibe una
considerable
corrosión. Agua dulce: la corrosión debida al agua depende del tipo y cantidad de minerales disueltos, así como también de las impurezas orgánicas y gases disueltos (especialmente el oxígeno) en el agua. Una de las características que hace que el agua sea más corrosiva es su conductividad. Factores como la temperatura del agua también tienen un efecto directo en la corrosividad. En agua destilada a temperatura ambiente, las aleaciones de magnesio forman rápidamente una capa protectora que impide el ataque corrosivo. Sin embargo, pequeñas cantidades de sales disueltas en el agua, en particular cloruros o sales de metales pesados, romperán la película de protección, lo que dará lugar a picaduras. El oxígeno disuelto en bajas concentraciones no juega ningún papel muy importante en la corrosión del magnesio en agua dulce o bien en soluciones salinas. La corrosión de las aleaciones de magnesio por el agua pura aumenta sustancialmente con la temperatura. Soluciones salinas: una grave corrosión se puede producir en soluciones neutras de sales de metales pesados, como cobre, hierro y níquel. Dicha corrosión se produce cuando el metal pesado, las sales básicas de los metales pesados o ambas se juntan para formar cátodos activos en la superficie anódica del magnesio. Las soluciones de cloruro son corrosivas debido a los cloruros, que incluso en pequeñas cantidades, rompen la película protectora sobre el magnesio. Los fluoruros forman
fluoruro de magnesio insoluble y en consecuencia no son apreciablemente
corrosivos. Las sales oxidantes, especialmente aquellos que contienen cloro o átomos de azufre, son más corrosivos que las sales no oxidantes; pero cromatos, vanadatos, fosfatos y muchos otros forman películas por lo tanto retardan la corrosión, excepto a temperaturas elevadas.
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En esta imagen, se puede ver como los iones negativos (provenientes de la región catódica) fluyen hacia la región anódica, utilizando como conductor el electrolito. A su vez, también se produce un flujo de iones positivos desde la región anódica a la catódica, a través del metal conductor. Mediante capas protectoras, podemos aislar el flujo de electrones a través de un medio líquido.
Los ácidos y alcalinos: el magnesio es rápidamente atacado por todos los ácidos minerales, excepto el ácido fluorhídrico (HF) y H2CrO4. El ácido fluorhídrico no ataca el magnesio en una medida apreciable, ya que forma una película de protección de fluoruro de magnesio insoluble, sin embargo las picaduras se desarrollan a bajas concentraciones. De la misma manera, el H2CrO4 puro ataca al magnesio y sus aleaciones en un rango muy bajo. Los ácidos producen un mayor ataque corrosivo que los alcalinos. Compuestos orgánicos: hidrocarburos alifáticos y aromáticos, cetonas, éteres, glicoles y alcoholes superiores no son corrosivos para el magnesio y sus aleaciones. El etanol produce un ataque leve, pero el metanol anhidro es el que causa un ataque severo. El rango de ataque en el último se reduce por la presencia de agua. Compuestos orgánicos halogenados puros no atacan al magnesio a temperatura ambiente. A temperaturas elevadas o si el agua está presente, estos compuestos pueden causar corrosión severa, en particular si dichos compuestos contienen productos finales ácidos. Gases: a temperatura ambiente o ligeramente elevada, el cloro seco, el yodo, el bromo y el flúor causan poca o ninguna corrosión en el magnesio. Aún cuando contiene 0,02% de H2O, el bromo seco no provoca ningún ataque
Materiales Aeronáuticos: Corrosión del magnesio y sus aleaciones Preparado por: Hinojosa, I. - Muniz, G. - Parisi, F. - Salas, M. - Sgroi, H. mayor ni siquiera a su temperatura de ebullición (58ºC). La presencia de una pequeña cantidad de agua provoca un ataque pronunciado por parte del cloro, poco ataque de parte del yodo y el bromo, e insignificante por parte del flúor. Prevención El magnesio y sus aleaciones constituyen los materiales más difíciles de proteger. Sin embargo, la corrosión de sus superficies es probablemente la más fácil de detectar en las primeras etapas. Los signos iniciales muestran una elevación de las películas de pintura y manchas blancas en la superficie. Estas manchas se convierten rápidamente en montículos o polvillo similares a nieve, o incluso pueden formarse barbas blancas. La corrección rápida y completa de la falla sobre el revestimiento evitará graves daños e structurales. Tratamiento en piezas de magnesio: el ataque corrosivo sobre la superficie del magnesio por lo general se produce alrededor de los bordes, debajo de arandelas cuando están un poco sueltas, o en zonas físicamente dañadas por roturas, perforaciones, por abrasión o impacto. La retención de humedad sobre las grietas superficiales también contribuye en la aceleración del proceso corrosivo. Si la sección puede ser fácilmente eliminada, esta acción debería llevarse a cabo para asegurar una inhibición completa del ataque corrosivo. La limpieza normalmente debería limitarse al uso de cepillos de cerdas rígidas y herramientas similares de limpieza (no metálicos). En caso de quedar en la pieza cualquier partícula de alguna herramienta metálica, o si se produce la contaminación de la superficie tratada, o incluso si se utiliza abrasivos sucios, puede causarse más problemas corrosivos en la pieza. Tratamiento localizado de la corrosión en el magnesio: en el caso que una pieza en las aeronaves esté corroída, debe ser removida. En caso de que no se pueda remover esta pieza, la corrosión debe ser rápidamente removida para evitar su acumulación. Si se debe realizar un proceso muy exhaustivo, debe contactarse al fabricante para determinar si el proceso es seguro para la estructura de la aeronave. En ese caso, para los tratamientos localizados deben seguirse los siguientes pasos: a) Identificar la pieza (ver si el material es realmente magnesio). b) Limpiar el área para ser trabajada. c) Remover la pintura si es necesario. d) Determinar la cantidad de corrosión. e) Remover la corrosión desde la parte menos afectada a la más corroída. Sin utilización de máquinas: puede usarse papel de óxido de aluminio, cepillos de mano, virulanas, siempre y cuando sean compatibles con el magnesio. Cuando se utiliza un cepillo las cerdas no deben exceder de 0,010 pulgadas de diámetro. Después de usar el cepillo, la superficie debe ser pulida con lija de óxido de aluminio 400, y a continuación, con lija de óxido de aluminio 600. La piedra pómez se puede utilizar para eliminar las manchas o la corrosión en delgadas superficies metálicas. Remoción química: generalmente se realiza mediante una solución de ácido crómico. No se utiliza para el caso de picaduras profundas, demasiada corrosión, corrosión por productos, corrosión removida por medios mecánicos o por arena. Tampoco puede utilizarse este método para piezas que contienen cobre e injertos basados en acero, y en
Materiales Aeronáuticos: Corrosión del magnesio y sus aleaciones Preparado por: Hinojosa, I. - Muniz, G. - Parisi, F. - Salas, M. - Sgroi, H. partes que puedan entrar en contacto con el pegamento. La solución debe aplicarse sobre la superficie dañada y dejar reposar durante 15 minutos. Luego, debe removerse con agua limpia. La operación debe repetirse la cantidad de veces que sea necesaria, hasta que la pieza adquiera un brillo metálico. f) Remoción de la parte densa de corrosión. Remoción mediante máquinas: pueden utilizarse taladros neumáticos, discos abrasivos de óxido de aluminio, y demás herramientas rotatorias (excepto discos de cerdas metálicas). En este caso, el valor del disco no debe exceder de 120. Sin embargo, debe tenerse especial cuidado en este caso de no dañar partes de metal finos. Siempre es recomendable utilizar en el caso de lijadoras mecánicas, aquellas a base de óxido de aluminio o materiales que puedan usarse con el magnesio. Chorreado abrasivo: se utiliza en piezas de magnesio de espesor superior a 0,0625 pulgadas. Previamente debe removerse la corrosión a mano con herramientas adecuadas para luego realizar un chorro abrasivo de aire a alta presión con pequeñas cuencas de vidrio o granos abrasivos. Luego debe revisarse la zona en busca de rastros de corrosión y debe prestarse particular atención a aquellas zonas donde las picaduras han avanzado a corrosión intergranular, ya que el chorro abrasivo tiende a cerrar dichas picaduras. Este proceso no debe durar más de 60 segundos, ni debe impregnarse una misma zona por más de 15 segundos. Luego debe utilizarse otro método de remoción. g) Inspeccionar el área de trabajo, para garantizar que no quedan rastros de corrosión. Si se encuentra corrosión, debe repetirse el procedimiento y la correspondiente inspección. h) Limpiar el área utilizando papel lija del tipo 240. Luego debe utilizarse papel de lija fina del tipo 300. Finalmente debe pulirse la zona con lija tipo 40 0. i) Determinar la depresión que se ha formado en la zona. Consultar al fabricante para asegurarse que los límites de operación no han sido superados. j) Limpieza mediante solvente. No utilizar kerosene o combustible, ni ningún otro solvente a base de petróleo. k) Aplicar tratamiento mediante ácido crómico. Este tratamiento químico proporciona una capa superficial con una cierta inhibición a los ataques corrosivos y permite una mejor adherencia de la capa posterior. Un tratamiento de magnesio correctamente aplicado tiende a neutralizar los medios de corrosión que entran e n contacto con la superficie. La solución se prepara mediante agua destilada, ácido crómico y sulfato de calcio. Se opera en el orden de los 70 a 90º F. Dicha solución debe agitarse durante 15 minutos para lograr la fusión de sus componentes, y luego debe ser aplicada mediante chorro a alta presión sobre toda la superficie, hasta que adquiera un color oscuro. Luego, debe limpiarse con agua a presión y debe dejarse secar al aire libre. l) Colocar la capa de acabado superior. m) Remover cintas y cubiertas de protección sobre la pieza.
Materiales Aeronáuticos: Corrosión del magnesio y sus aleaciones Preparado por: Hinojosa, I. - Muniz, G. - Parisi, F. - Salas, M. - Sgroi, H. Otros tratamientos de prevención Desarrollo de aleación: el hierro, níquel y cobre son contaminantes, todos aceleran la corrosión del magnesio y sus aleaciones. Manteniendo
los límites máximos de estos elementos por debajo del límite de tolerancia
correspondiente, la resistencia a la corrosión de aleaciones de magnesio se puede mejorar. Nuevas aleaciones también han demostrado ser tan resistentes a la corrosión como las aleaciones desarrolladas previamente. El desarrollo de nuevas aleaciones puede incluir nuevos elementos, fases y distribución microestructural. Modificación superficial y revestimiento: son medidas muy importantes en la lucha contra la corrosión en las aleaciones de magnesio. Un examen detallado sobre los revestimientos de protección sobre el magnesio y sus aleaciones ha sido publicado recientemente. Los autores concluyen que hay un gran número de tecnologías disponibles para proteger la capa del magnesio y sus aleaciones. Proceso de rápida solidificación: La rápida solidificación (RS) funciona en al menos dos formas para ayudar a minimizar los efectos nocivos de las impurezas. En primer lugar, ya que el RS aumenta los límites de solubilidad sólida, permite lograr una variedad más amplia de la composición, permitiendo que los elementos nocivos existan en fases menos perjudiciales. En segundo lugar, RS tiende a homogeneizar el material, lo que limita la acción granular en el material. Implantación iónica: supone la exposición de una superficie a un haz de partículas ionizadas. Esto da lugar a que los iones sean incorporados y neutralizados en las posiciones intergranulares en el sustrato para formar una solución sólida. Las propiedades granulares no se modifican. Láser de recocido: la fusión de la superficie por láser puede crear soluciones sólidas estables en dicha superficies donde la velocidad de enfriamiento puede ser tan alta como 1010 K / s. Este proceso es una forma de solidificación rápida, solo que la zona superficial es modificada. Las ventajas de esta técnica incluyen la capacidad para tratar geometrías complejas, mayor profundidad del tratamiento sobre la superficie, menor coste de operación, y un mayor control de la concentración de la capa modificada. Este proceso se ha investigado para mejorar la resistencia a la corrosión en magnesio-litio y magnesio-circonio.
