Causas del deterioro corrosivo en las estructuras metálicas de la correa transportadora de alúmina

Jiménez, Lis Lorena¹, Gil, Linda,² Larez, Maritza de³

Centro de Estudios de Corrosión y Nuevos Materiales. Dpto., Ingeniería Metalúrgica Unexpo Puerto Ordaz

¹lljimenez77@hotmail.com

²lindagil@cantv.net

³maritzajml@hotmail.com

Resumen

En este estudio se presenta un análisis de las causas del deterioro corrosivo en las estructuras metálicas de una correa transportadora de alúmina. Para esto se tomaron muestras representativas de los tornillos y ganchos que conforman la correa transportadora y se aplicó la metodología característica para un análisis de falla de materiales: inspección visual, análisis de la condiciones de operación de la pieza, análisis químico, ensayo de dureza, caracterización de los componentes por microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (MEB) con microanálisis por energía dispersiva (EDX) y Difracción de Rayos X. Los resultados obtenidos de la inspección visual evidencian dos zonas claramente diferenciables en cuanto deterioro corrosivo, lo que indica la presencia de un deterioro preferencial del recubrimiento. La presencia de sales solubles generan el fallo prematuro de la pintura provocando ampollamiento y delaminación, conllevando a la exposición del galvanizado. Los EDX realizados sobre muestras de tornillos y ganchos de la zona oscura de la correa transportadora, reflejan que la pérdida de espesor de galvanizado está asociada a la presencia de Si, Cl, y S como contaminantes predominantes, que forman productos de corrosión solubles con el Zn del galvanizado que en presencia de lluvias se disuelven, generando una continua pérdida de espesor, que se agrava por la dirección de los vientos predominantes.

Palabras clave: Correa Transportadora/Recubrimiento/Galvanizado/Ampollamiento

I. INTRODUCCIÓN.

El galvanizado es un recubrimiento de tipo ánodo de sacrifico es decir, su función es corroerse y así proteger la pieza recubierta. En general el tipo de productos de corrosión formados en la superficie del acero galvanizado dependen de los contaminantes presentes en el ambiente y del tiempo o período de exposición. La razón por la cual una capa de zinc protege al acero por largo períodos bajo condiciones atmosféricas agresivas, es debido a los productos de corrosión que se forman. Inicialmente se forman como producto de la reacción entre el aire y el recubrimiento, en ambientes húmedos, hidróxido de zinc, que reacciona con el dióxido de carbono para formar el carbonato de zinc que es adherente, relativamente insoluble y probablemente responsable de la excelente resistencia a la corrosión y además actúa como barrera protectora del zinc que se encuentra debajo de él. [1-3]. En ambientes contaminados como las atmósferas industriales, hay presencia de gases de azufre, lloviznas o emanaciones corrosivas (haluros) liberados por las empresas. Los principales contaminantes atmosféricos a considerar son los gases de CO₂, H₂S, cloruros y óxido de nitrógeno. Adicionalmente, bajo ciertas condiciones, la velocidad de corrosión puede incrementarse por vientos con contenido de arena (SiO₂), lo que explica la presencia de silicio y oxígeno) removiendo los productos protectores [1, 2,3]. En este estudio se presenta un análisis de las causas del deterioro corrosivo en estructuras metálicas con un sistema de galvanizado-pintura, de una correa transportadora de alúmina de una empresa siderúrgica.

II. DESARROLLO

1. Métodos y materiales

Para dar respuesta a los objetivos planteados, se aplicó la metodología característica para el análisis de falla de materiales metálicos, que consideró [,2]

- Visitas técnicas para recopilación de información técnica de las condiciones de servicio.

- Inspección de la muestra recibida.

- Análisis químico.

- Caracterización Microestructural por microscopía óptica.

- Microscopía electrónica de barrido con microanálisis por energía dispersiva (EDX).

- Difracción rayos X.

2. Resultados

2.1 Inspección Visual

En la Figura 1 se esquematiza la ubicación de la correa transportadora, motivo del presente estudio, detallándose la presencia de dos zonas claramente definidas por su nivel de deterioro corrosivo. En la Figura 1B se muestran las dos zonas. Una zona de tonalidad rojiza oscura que se denominara de ahora en adelante corrosivo ZONA OSCURA, que refleja un fuerte deterioro corrosivo de la estructura y una zona con un notable menor deterioro corrosivo que se denominará ZONA CLARA. Es importante destacar que los elementos metálicos evaluados poseen como sistema protector un doble recubrimiento pintura-galvanizado.

Figura 1. Esquema de la correa transportadora de alúmina.

La Figura 2A y 2B muestra la condición actual de los componentes metálicos en la zona oscura y clara respectivamente. En estas imágenes se pueden observar las diferencias significativas en el nivel de deterioro presentado por los ganchos y tornillos de ambas zonas, siendo mayor el daño en la zona oscura ( Fig 2.A).

Fig. 2 La fotografía muestra la ubicación y el estado actual de los componentes metálicos (tornillo y gancho) de la correa transportadora en la A) Zona oscura B) Zona clara.

2.2 Análisis químico

De las muestras representativas seleccionadas en la zona oscura y clara, se tomaron virutas para realizar análisis químico por vía húmeda. Además se realizó la determinación de carbono y azufre por combustión. Los resultados se muestran en la Tabla I.

Tabla I. Composición química de los tornillos y ganchos, ubicadas en ambas zonas (oscura y clara) de la correa transportadora.

De los resultados obtenidos se puede apreciar que el material de fabricación de los elementos evaluados (ganchos y tornillos) en ambas zonas se corresponden entre si, es decir es el mismo material para ambas zonas, siendo los tornillos un acero AISI/SAE 1012 y los ganchos un acero AISI/SAE 1030, con el Mn fuera de especificación.

2.3 Metalografía Óptica y Microlimpieza de los componentes metálicos (Tornillo y Gancho) ubicados en las zonas oscuras y claras.

El nivel de inclusiones presente en todas las muestras, tanto de la zona oscura como de la zona clara, es según la norma ASTM E-45: Silicatos finos nivel 1/2 y Óxidos Globulares nivel 1, de lo que se puede apreciar que el nivel de inclusiones de ambas muestras evaluadas es bajo. La microestructura obtenida de la evaluación por microscopía óptica es la típica de un acero de bajo carbono, conformada por perlita irresoluble (zonas oscuras) y ferrita (zonas claras). La presencia de perlita irresoluble indica la aplicación de un tratamiento térmico de endurecimiento en el que se involucran altas velocidades de enfriamiento. Con el fin de evaluar el estado actual del galvanizado, se realizó un corte transversal de las muestras, obteniéndose para la zona oscura la presencia de una capa de abundantes productos de corrosión y la ausencia del galvanizado (Fig. 3A) y en la zona clara se destaca la presencia del galvanizado y una notablemente menor cantidad de productos de corrosión (Fig. 3B).

Fig. 3. Fotomicrografías de las muestras observadas en sentido Transversal a 100X sin ataque. A) Zona oscura, B) Zona clara.

2.4 Microscopía electrónica y microanálisis por energía dispersiva de las secciones transversales (Tornillo y Gancho) tomados de las zonas oscuras y claras de la correa transportadora.

Se realizó microanálisis a la superficie de las muestras evaluadas y a los productos de corrosión observados sobre las muestras, empleando un microscopio electrónico de barrido (MEB) marca PHILLIPS XL 30 con un detector EDS de ventana liviana de berilio, modelo EDAX DL4, obteniéndose los siguientes resultados:

La Figura 4 muestra el comportamiento generalizado de las muestras evaluadas de la zona oscura (sección transversal), donde se observa la formación de gran cantidad de productos de corrosión. Los resultados del microanálisis de las diferentes partes del producto de corrosión arrojan la presencia de O, S, Fe, Mn, Cl, Si como elementos mayoritarios, destacándose la presencia de azufre en cantidades significativas.

Fig. 4. Fotomicrografías por Microscopía Electrónica de Barrido de las muestras de la zona oscura observada en sentido transversal.

Es importante destacar el efecto de la presencia de contaminantes tales como silicio y azufre en la superficie corroída, tanto de la arandela como del gancho evaluados, que en conjunto con la humedad aceleran el deterioro corrosivo del galvanizado y de la pintura.

Adicionalmente, bajo ciertas condiciones, el deterioro corrosivo puede incrementarse por vientos con contenido de arena (SiO2), lo que explica la presencia de silicio y oxígeno) y alúmina (procedente del ambiente) por sus características abrasivas, removiendo los recubrimientos protectores ([- 3]. Debe destacarse que no se observa la presencia de Zn, lo que indica la pérdida de galvanizado en esta zona.

La Figura 5 detalla una vista de la sección transversal de un tornillo tomado de la zona clara, que se asemeja a lo encontrado en todas las muestras de la misma zona. Se observa claramente el espesor remanente de galvanizado y los productos de corrosión formados. Los resultados de los microanálisis por EDX revelan la presencia de O, Al, Si, Ca, S, Fe, Mn, S, Zn y Ti como elementos mayoritarios. Es importante destacar la presencia de Ti y Zn como posibles remanentes del galvanizado y de la pintura. Al igual que en la zona oscura, se detectó la presencia de contaminantes tales como silicio y azufre, que en conjunto con la humedad aceleran el deterioro corrosivo del galvanizado y de la pintura.

Fig. 5. Fotomicrografía por Microscopía Electrónica de Barrido de las muestras de la zona clara observada en sentido Transversal.

2.2.5 Difracción de Rayos X

A través de esta técnica se determinaron en forma cualitativa las especies minerales mayoritarias presentes en los polvos presentes, tanto en las zonas claras como en las oscuras de la correa transportadora. Los resultados se muestran en la Tabla II.

Tabla II. Resultados de la difracción de rayos X de los polvos

Los resultados de Difracción de Rayos X, realizados a las muestras tomadas de la zona oscura en la correa transportadora, evidencian la presencia de sales solubles que son en muchas ocasiones la causa de falla prematura de los sistemas de pinturas. Se ha aceptado que las sales solubles tienen un doble efecto sobre el sistema metal/pintura. Por un lado provocan un ampollamiento de origen osmótico en la película de pintura y por otro supone un factor acelerante del proceso de corrosión sub-pelicular, bajo el recubrimiento del sustrato metálico. [3,4].

III. CONCLUSIONES

1) Los sustratos o núcleos de los diferentes componentes evaluados (tornillo y gancho) son de acero al carbono, con diferente proporción de las fases ferrita y perlita.

2) La correa transportadora que consta de componentes metálicos como los tornillos y ganchos evaluados, presentan dos zonas claramente diferenciables en cuanto a deterioro corrosivo, una zona oscura de mayor deterioro corrosivo y una zona clara de menor deterioro.

3) Lo anterior indica la presencia de un deterioro preferencial del recubrimiento, asociado a una deposición preferencial de los contaminantes que está relacionado con la dirección predominante de los vientos.

4) Los resultados de Difracción de Rayos X, realizados a las muestras tomadas de la zona oscura en la correa transportadora, evidencian la presencia de sales solubles como posibles causantes de la falla prematura de los sistemas de pinturas.

5) Los microanálisis realizados a los componentes evaluados en las diferentes zonas, reflejan que la pérdida de espesor de galvanizado está asociada a la presencia de Si, Cl, y S como contaminantes predominantes, que forman productos de corrosión solubles en presencia de lluvias que al disolverse generan una continua pérdida de espesor, agravado por la dirección de los vientos predominantes.

IV. REFERENCIAS

1. Slunder G. J. and Boyd W. K. Zinc: Its Corrosion resistance, 2nd ed., Internacional Lead Zin Research Organization,1983, pp. 530-538.        [ Links ]

2. Schikorr G. “Corrosion Behaviour of Zinc”, Vol 1, ed. American Zinc Institute and Zinc Development Association, 1965, pp 72- 80.        [ Links ]

3. Stansbury E. E and Buchanan R. A. “Fundamentals of Electrochemical Corrosion” ASM International, OH, 2000, pp. 297-306.        [ Links ]

4. Collins, J.A. “Failure of Materials in Mechanical Design”. John Wiley & Sons. 1981, pp 510-518.        [ Links ]

5. Vander Voort, G. F. “Metallography in Failure Analysis.” J.L. Mc Call and P.M. French, 1978, pp 250-265.        [ Links ]

6. ASM HANDBOOK CORROSION, 4ta Ed., Vol. 13rd ed. ASM INTERNATIONAL. 1992. pp. 432-436.        [ Links ]