Prevención de la corrosión filiforme: Estrategias expertas para protección bajo recubrimiento

La corrosión filiforme es una forma particular de corrosión que ocurre bajo recubrimientos finos en hilos distribuidos aleatoriamente como filamentos. La corrosión filiforme también se conoce como corrosión sub-película, corrosión filamentos o corrosión en pista de gusano. En este artículo examinamos las causas de la corrosión filiforme, dónde aparece típicamente, cómo se desarrolla, cómo detectarla y cómo prevenirla.

¿Qué es la corrosión filiforme?

La corrosión filiforme ocurre en superficies metálicas recubiertas con una película orgánica fina, típicamente de 0,05 a 0,1 mm (2 a 4 mils) de espesor, cuando se exponen a aire atmosférico cálido y húmedo. La corrosión filiforme siempre comienza en defectos del recubrimiento como arañazos y puntos débiles como barbas, bordes cortados y agujeros. (Consulte nuestra Guía gratuita de Fallos y Defectos de Recubrimiento.)

Cómo ocurre la corrosión filiforme

En muchos aspectos, la corrosión filiforme en aluminio (Al) y magnesio (Mg) es similar a la corrosión en acero. La corrosión filiforme es impulsada por la formación de celdas de aeración diferencial en sitios de defectos en sustratos recubiertos.

La celda filiforme consiste en una cabeza activa y una cola que recibe oxígeno y vapor de agua condensado a través de grietas en el recubrimiento aplicado. La cabeza puede estar llena de gel de alúmina y burbujas de gas en aluminio si la cabeza es muy ácida. En magnesio, la cabeza aparece negruzca debido al grabado de magnesio, pero el fluido corrosivo es claro cuando la cabeza se rompe. Las colas filiformes en aluminio y magnesio son blanquecinas en apariencia. Los productos de corrosión son hidróxidos y óxidos de aluminio y magnesio, respectivamente. Las reacciones anódicas producen iones Al³⁺ o Mg²⁺, que reaccionan para formar precipitados insolubles con los iones hidroxilo producidos en la reacción de reducción de oxígeno que ocurre predominantemente en la cola.

El mecanismo de iniciación y activación en aluminio y magnesio son esencialmente los mismos que para acero recubierto. La cabeza acidificada es un charco móvil de electrolitos, pero la cola es una región en la que los iones de aluminio son transportados y ocurre una reacción gradual con iones hidroxilo. Los productos finales de corrosión están parcialmente hidratados y completamente expandidos en la cola porosa. La cabeza de la cola y las secciones medias son ubicaciones correspondientes para los diversos iones reactivos iniciales y los productos intermedios de corrosión de aluminio en medios acuosos. (Para aprender más, lea Corrosión de aluminio: 5 hechos increíbles que debe saber.)

En contraste con el acero, el aluminio y el magnesio muestran una mayor tendencia a formar ampollas en medios ácidos, con gas hidrógeno evolucionado en reacciones catódicas en la región de la cabeza. Los productos de corrosión de la cola son o bien hidróxido de aluminio Al(OH)₃, un precipitado gelatinoso blanquecino, o hidróxido de magnesio Mg(OH)₂, un precipitado blanquecino.

Factores que afectan la corrosión filiforme

Varios factores afectan la iniciación de la corrosión filiforme, incluyendo:

La naturaleza del recubrimiento

La corrosión filiforme ocurre con todos los tipos de pinturas: lacas acrílicas, epóxido-poliamidas, epóxido-aminas y poliuretanos, y con cualquier modo clásico de aplicación, ya sea pintura líquida o pulverización electrostática en polvo. No ocurre bajo recubrimientos sellados como cinta de electricista.

La preparación de la superficie

Este es un factor significativo. La corrosión filiforme se desarrolla en metal que no ha recibido preparación de superficie, preparación deficiente o metal cuya superficie ha sido contaminada antes de pintar.

La naturaleza de la aleación

La naturaleza de la aleación no es un factor esencial porque la corrosión filiforme puede afectar a todas las aleaciones de aluminio. Un estudio colaborativo reciente realizado por tres empresas europeas, Alusuisse, Hydro Aluminium y Pechiney, mostró que para las aleaciones más comúnmente usadas en la industria de la construcción, Aluminio 6060 y 6063, la composición de la aleación no tiene influencia, excepto cuando la concentración de cobre supera el 0,1%.

Dónde es más probable que se desarrolle la corrosión filiforme

Típicamente, la corrosión filiforme es severa en regiones costeras cálidas y tropicales que experimentan caída de sal o áreas industriales altamente contaminadas. Las superficies más rugosas también experimentan una mayor severidad de corrosión filiforme. La corrosión filiforme típicamente ocurre en aleaciones de aluminio cuando el nivel de humedad está entre 75% - 90% y en un rango de temperatura de 20 °C – 40 °C (68 °F – 104 °F), y el crecimiento se acelera al 85% de humedad relativa (HR). La humedad relativa de la atmósfera es el factor único más crucial para iniciar la corrosión filiforme. (Lectura relacionada: Los 5 factores de la corrosión atmosférica.)

Los otros parámetros principales que gobiernan la corrosión filiforme son composiciones de aleación, escalpeado de lingotes y tarugos, tratamientos térmicos, condición de la capa superficial del metal, temperatura, rectificado, decapado y tratamiento superficial preliminar. Aunque el grosor del recubrimiento orgánico y la temperatura juegan un papel menor en la iniciación de la corrosión filiforme, aumentar la temperatura aumentará el crecimiento del filamento si la humedad relativa se mantiene dentro del rango crítico.

Cómo detectar la corrosión filiforme

La corrosión filiforme puede reconocerse visualmente sin usar microscopio. Se ha observado en acero recubierto, aluminio y magnesio con un recubrimiento fino de estaño, oro, plata, fosfato, esmalte o laca.

La prueba estándar para identificar resistencia a la corrosión filiforme en Estados Unidos es ASTM D 2803, "Guía para probar la resistencia a la corrosión filiforme de recubrimientos orgánicos en metal". Según esta prueba, especímenes de metal recubierto son rayados hasta el metal base y sometidos a una atmósfera de niebla salina hasta 24 horas, enjuagados en agua destilada, y luego colocados húmedos en un gabinete cerrado a 25 °C (77 °F) y 85% HR. El tiempo de exposición típicamente varía de 100 a 1000 horas. Los resultados de la prueba muestran si el material recubierto desarrolla corrosión filiforme.

Industrias más afectadas por la corrosión filiforme

Los componentes estructurales de aeronaves se sujetan con pernos y remaches. Estos sujetadores y otros bordes afilados de la piel son puntos de inicio comunes para la corrosión filiforme. Se ha reportado que las aeronaves que operan en entornos marinos cálidos sufren daños considerables por corrosión, particularmente en aleaciones de aluminio 2024 y 7000 recubiertas con poliuretano y otros recubrimientos.

La humedad es la variable más crítica para que la corrosión se propague porque es necesario para disolver los iones de sal.

La corrosión típicamente comienza donde hay una imperfección en el sustrato y la capa de recubrimiento. La imperfección puede introducirse desde un arañazo o una astilla de piedra que debilita el enlace adhesivo entre el sustrato y el recubrimiento.

La corrosión comienza en este foco, que forma la cabeza del defecto de corrosión. La corrosión normalmente aparece como un hilo distintivo, como una pista de gusano, que aparece bajo la superficie del recubrimiento.

El daño no es extenso para el aluminio pero es objetable estéticamente, especialmente cuando la pista es larga y de color blanco.

Este tipo de corrosión filiforme puede dañar todo tipo de productos de aluminio como ruedas, carrocerías de automóviles y aeronaves. Para reparar el daño se requiere lijado y aplicación de una nueva capa de recubrimiento. Para prevenir la corrosión filiforme, se requiere un pretratamiento superficial adecuado.

La corrosión filiforme fue más severa cuando las concentraciones de cloruro en el metal eran altas, principalmente cuando las aeronaves volaban frecuentemente sobre el océano o estaban basadas en hangares de aeródromos costeros.

El aluminio se usa ampliamente para latas y otros tipos de envases. El papel de aluminio se lamina frecuentemente a papel o cartón para formar una barrera de humedad o vapor. Si el papel de aluminio ha sido consumido por corrosión filiforme, el producto puede contaminarse o secarse porque la barrera de vapor se rompió. La degradación de cartón laminado con papel de aluminio podría ocurrir durante su producción o almacenamiento posterior en un entorno húmedo.

En la industria automotriz, ruedas de aleación ligera forjadas y distintivas con superficies de doble tono (secciones pulidas) y/o superficies pulidas muestran una mayor tendencia a la corrosión filiforme.

Cómo prevenir la corrosión filiforme

Típicamente, la corrosión filiforme puede prevenirse reduciendo la humedad relativa por debajo del 60%. Desafortunadamente, no es práctico reducir directamente la humedad en objetos en movimiento como aeronaves y automóviles. Sin embargo, el nivel de humedad para componentes guardados en una instalación de almacenamiento a largo plazo puede controlarse fácilmente añadiendo ventiladores secadores y higróstatos, o añadiendo desecantes al envase plástico.

Componentes imprimados con dos capas de sistemas de recubrimiento epóxico y dos capas de poliuretano son más capaces de resistir la corrosión filiforme que sistemas de una sola capa.

La posibilidad de corrosión filiforme se reduce cuando el sustrato de acero está galvanizado. Imprimaciones ricas en zinc e imprimaciones cromatadas y fosfatadas, con capas intermedias duras y de curado lento de poliuretano y epóxico, han reducido la susceptibilidad filiforme en sustratos de acero. Imprimaciones de cromato de zinc, anodizado con ácido crómico, y recubrimientos de conversión cromato o cromato-fosfato han proporcionado grados variables de alivio de la corrosión filiforme en aleaciones de aluminio. (Otra opción se discute en el artículo Avances en recubrimientos multipolímero de nailon líquido para las industrias de transporte y energías renovables.)

Múltiples capas en superficies metálicas ralentizan la difusión de humedad y tienen menos sitios de penetración y defectos que sistemas de pintura de una sola capa. Los sistemas multicapa resisten la penetración por abrasión mecánica y tienen menos colinas y valles. Recubrimientos más gruesos logrados por acumulación de capas y curado más lento han demostrado una resistencia sustancialmente mejor a la corrosión filiforme al disminuir la penetración de oxígeno y humedad, disminuir el atrapamiento de solvente y menos sitios de iniciación. Los sistemas de recubrimiento en polvo también son beneficiosos porque se fusionan térmicamente, resultando en recubrimientos duros con mejor resistencia a la permeabilidad de humedad. Superficies metálicas lisas, bien preparadas e imprimadas generalmente tienen mejor resistencia que superficies más rugosas.

El acero, aluminio y magnesio son todos químicamente activos. Sus aleaciones contienen compuestos intermetálicos dispersos, precipitados y aglomerados durante el laminado en caliente y recocido. Aunque estas aleaciones generalmente tienen propiedades mecánicas mejoradas, trabajos recientes muestran que su heterogeneidad (intermezcla) y la presencia de capas superficiales activas aumentan su susceptibilidad a la corrosión filiforme.