Corrosión galvánica: causas, mecanismo y prevención

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La corrosión galvánica, también conocida como corrosión por contacto, corrosión bimetálica o corrosión bimetálica , es una forma de corrosión electroquímica que se produce cuando dos metales o aleaciones diferentes están en contacto eléctrico entre sí y están simultáneamente inmersos en un entorno conductor, es decir, un electrolito.

En tales condiciones, se crea celda galvánicaUn material actúa como ánodo y sufre corrosión acelerada, mientras que el otro funciona como cátodo y queda protegido. La corrosión galvánica es importante en estructuras fabricadas con diversos materiales, especialmente en instalaciones de agua, químicas, marinas, energéticas y de construcción, así como en conexiones entre acero inoxidable y acero al carbono, aluminio, cobre u otros metales.

¿Qué es la corrosión galvánica?

La corrosión galvánica se produce como resultado de una diferencia de potencial electroquímico entre dos materiales metálicos diferentes.
Si los materiales son:

• conectado eléctricamente,
• y al mismo tiempo estarán en contacto con el electrolito,

Puede comenzar a fluir corriente entre ellos.
El metal con un potencial más activo se convierte en... ánodo y sufre una disolución acelerada.
El metal se vuelve más noble. cátodo y su corrosión es limitada.

Condiciones para la aparición de corrosión galvánica

Para que se produzca la corrosión galvánica típica, deben cumplirse tres condiciones básicas:

Si se elimina alguna de estas condiciones, se interrumpe el funcionamiento de la celda galvánica.

¿Cómo funciona una celda galvánica?

En un sistema formado por dos metales diferentes, un material se convierte en el ánodo y el otro en el cátodo.
El proceso de oxidación del metal tiene lugar en el ánodo:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Los átomos de metal pasan al electrolito en forma de iones. Esto representa una verdadera pérdida de material.
Los electrones fluyen a través de la unión metálica hacia el cátodo, donde tienen lugar las reacciones de reducción.

En efecto:

• el ánodo se corroe más rápido,
• El cátodo está protegido.

¿Qué podría ser un electrolito?

El electrolito no tiene por qué ser un ácido agresivo ni una solución química fuerte.

En la práctica, lo siguiente puede ser suficiente:

• agua de mar,
• agua del grifo,
• agua tecnológica,
• agua de lluvia,
• humedad atmosférica,
• condensar,
• soluciones salinas,
• suelo húmedo,
• entornos químicos.

Un electrolito particularmente eficaz es el agua que contiene sales disueltas.
Por lo tanto, el problema de la corrosión galvánica es particularmente importante en ambientes marinos y en presencia de cloruros.

Serie galvánica de metales

La susceptibilidad a la corrosión galvánica se puede evaluar aproximadamente sobre la base de: serie galvánica específico para un entorno específico.
Los metales que se encuentran en el lado más activo de la serie tienen una mayor tendencia a comportarse como ánodos.
Los materiales más nobles tienen una mayor tendencia a comportarse como cátodo.
Un ejemplo de disposición simplificada de materiales en el medio marino se puede presentar de la siguiente manera:

Esta es una lista orientativa. La posición de un material en la serie galvánica depende del entorno y del estado de su superficie.
Por lo tanto, la serie galvánica no debe considerarse como una tabla universal válida para todas las condiciones.

Acero inoxidable y acero al carbono

Una conexión muy común se da entre el acero inoxidable y el acero al carbono ordinario.
En muchos entornos, el acero inoxidable pasivo es más noble que el acero al carbono.
Después de combinar ambos materiales en presencia de un electrolito:

• El acero inoxidable puede actuar como cátodo,
• El acero al carbono puede convertirse en ánodo y corroerse más rápidamente.

Esto no significa que cualquier combinación de acero inoxidable y acero al carbono vaya a provocar automáticamente una corrosión grave.
También son importantes:

• tipo de entorno,
• conductividad del electrolito,
• la relación de superficie de ambos materiales,
• tiempo de humectación,
• la temperatura,
• geometría de la estructura.

Acero inoxidable y aluminio

La combinación de aluminio y acero inoxidable requiere una atención especial.
En muchos entornos, el acero inoxidable en su estado pasivo es mucho más noble que el aluminio.
Si el aluminio se conecta eléctricamente al acero inoxidable y se forma un electrolito, el aluminio puede convertirse en el ánodo.
El riesgo es particularmente alto en:

• medio marino,
• presencia de sal de carretera,
• condiciones de humedad constante,
• estructuras con una gran superficie de acero inoxidable y una pequeña superficie de aluminio.

En este tipo de conexiones se suelen utilizar materiales aislantes eléctricos.

Acero inoxidable y cobre

El acero inoxidable y el cobre pueden utilizarse en la misma instalación, pero debe evaluarse la posibilidad de interacciones galvánicas en función del entorno específico.
En el agua conductora de electricidad, la diferencia de potencial entre los materiales puede dar lugar a la formación de una celda galvánica.
Lo que es importante principalmente es:

• composición del agua,
• la temperatura,
• conductividad eléctrica,
• relación de área superficial de los materiales,
• condiciones de flujo.

Relación de la superficie del ánodo con la del cátodo

Uno de los factores más importantes que determinan la tasa de corrosión galvánica es relación entre el área superficial del cátodo y el área superficial del ánodo.
La situación es particularmente peligrosa:
ánodo pequeño + cátodo grande
La gran superficie catódica puede sustentar una reacción catódica significativa, mientras que el proceso de disolución anódica se concentra en un área pequeña.
Esto provoca una densidad de corriente anódica muy alta y puede conducir a una destrucción rápida y localizada del metal menos noble.

Ánodo pequeño y cátodo grande – ejemplo

Imagina un pequeño trozo de acero al carbono conectado a una gran superficie de acero inoxidable.
Si la estructura se humedece con electrolito:

• El acero al carbono puede convertirse en un ánodo,
• El acero inoxidable puede actuar como un cátodo de gran tamaño.

Todo el proceso de ánodo se concentra entonces en una pequeña área de acero al carbono.
La corrosión puede ser mucho más rápida que en un componente fabricado íntegramente de acero al carbono.

Ánodo grande y cátodo pequeño

La siguiente disposición es mucho más ventajosa:
ánodo grande + cátodo pequeño
La corriente del ánodo se distribuye entonces sobre una gran superficie.
La densidad de corriente de corrosión por unidad de área del ánodo es menor, por lo que la tasa de corrosión local puede ser mucho menor.

Ejemplo: tornillos de acero inoxidable en una estructura de acero.

Un pequeño tornillo de acero inoxidable montado en un componente grande de acero al carbono suele crear una relación de superficie más favorable:

• cátodo pequeño – tornillo de acero inoxidable,
• Ánodo grande – construcción en acero al carbono.

La situación opuesta puede ser mucho más peligrosa.
Un pequeño elemento de acero al carbono conectado a una gran superficie de acero inoxidable puede estar sujeto a una corrosión galvánica muy intensa.

Daños en el revestimiento protector y corrosión galvánica

Puede surgir una situación particularmente peligrosa cuando un material menos noble está recubierto con una capa protectora, pero dicha capa se daña localmente.
Si una pequeña porción de material expuesta se convierte en ánodo frente a una gran superficie catódica, la corrosión puede concentrarse en el punto dañado.
Por lo tanto, se debe considerar cuidadosamente el método de aplicación de recubrimientos protectores en sistemas de diferentes metales.

Galvanización del acero: uso del fenómeno galvánico.

El fenómeno galvánico no siempre es desfavorable.
Puede utilizarse para proteger metales.
Un ejemplo clásico es acero galvanizado.
El zinc es más electroquímicamente activo que el acero.
Si el recubrimiento de zinc se daña localmente, el zinc puede comportarse como un ánodo y corroerse en lugar del acero expuesto.
Este es el llamado protección sacrificial.

Ánodos de sacrificio

El fenómeno galvánico también se utiliza en la protección catódica.
Se adhiere un metal con mayor actividad electroquímica a la estructura protegida y se deja corroer intencionadamente.
Entre otros, se utilizan los siguientes ánodos:

• zinc,
• magnesio,
• aluminio.

Estos ánodos se denominan ánodos de sacrificio o ánodos galvánicos.
Se utilizan, entre otras cosas, para proteger:

• cascos de barcos,
• oleoductos,
• tanques,
• estructuras marinas,
• instalaciones subterráneas de acero.

¿Dos grados diferentes de acero inoxidable provocan corrosión galvánica?

La combinación de dos grados diferentes de acero inoxidable no necesariamente provoca una corrosión galvánica significativa.
Si ambos materiales se encuentran en estado pasivo y tienen potenciales similares en un entorno determinado, la diferencia de potencial puede ser pequeña.
Por lo tanto, conexiones tales como:

• 304L con 316L,
• 316L con 904L,
• 316L con dúplex 2205

Puede funcionar sin problemas galvánicos graves en muchos entornos.
Sin embargo, la situación siempre debe evaluarse a la luz de las condiciones reales de funcionamiento.

Estados activo y pasivo del acero inoxidable

En el caso de los aceros inoxidables, el estado de la superficie es de particular importancia.
El acero inoxidable en estado pasivo está recubierto por una capa pasiva y presenta un potencial electroquímico relativamente noble.
Si la capa pasiva se destruye y el material se vuelve localmente activo, su comportamiento electroquímico puede cambiar significativamente.
Por lo tanto, al evaluar el riesgo de corrosión galvánica, no basta con conocer únicamente el nombre o el número del grado de acero.

¿Es suficiente la diferencia de potencial para predecir la velocidad de corrosión?

No.
Una gran diferencia de potencial entre los materiales indica la posibilidad de corrosión galvánica, pero no determina por sí sola su velocidad real.
También son importantes:

• cinética de reacción catódica,
• polarización de materiales,
• conductividad del electrolito,
• la temperatura,
• acceso al oxígeno,
• relación de área superficial del cátodo y del ánodo,
• distancia entre elementos,
• geometría de la estructura.

Por lo tanto, una simple tabla de potenciales no debería ser la única base para seleccionar materiales.

Influencia de la conductividad del electrolito

Cuanto mayor sea la conductividad eléctrica del entorno, más fácil será que fluya la corriente en una celda galvánica.
Por lo tanto, es particularmente peligroso. agua de mar, que, gracias a su alto contenido de sales disueltas, es un buen electrolito.
En aguas con muy baja conductividad, la interacción galvánica puede ser mucho más débil y estar más limitada espacialmente.

Corrosión galvánica en agua de mar

El entorno marino crea condiciones muy favorables para la formación de celdas galvánicas.
Allí ocurren simultáneamente los siguientes sucesos:

• alta conductividad electrolítica,
• cloruros,
• contacto constante o periódico con el agua,
• una gran variedad de materiales de construcción.

Por lo tanto, en las estructuras marinas, la posibilidad de contacto se analiza con especial atención:

• acero inoxidable con acero al carbono,
• acero inoxidable con aluminio,
• acero con cobre y sus aleaciones,
• diversas aleaciones de aluminio,
• varios grados de acero inoxidable.

¿Cómo prevenir la corrosión galvánica?

Los métodos más importantes para reducir la corrosión galvánica son:

• evitar combinaciones desfavorables de diferentes metales,
• seleccionar materiales con potenciales galvánicos más similares en un entorno dado,
• aislamiento eléctrico de varios metales,
• uso de arandelas, bujes y espaciadores aislantes,
• limitando el contacto de la estructura con el electrolito,
• uso de recubrimientos protectores adecuados,
• evitando la configuración de ánodo pequeño – cátodo grande,
• diseño apropiado de conexiones,
• uso de protección catódica,
• uso de ánodos de sacrificio.

Aislamiento eléctrico de diversos metales

Uno de los métodos más eficaces para prevenir la corrosión galvánica es interrumpir el contacto eléctrico entre materiales diferentes.
Entre otros, se pueden utilizar los siguientes:

• almohadillas aislantes,
• bujes de plástico,
• juntas aislantes,
• recubrimientos no conductores,
• espaciadores fabricados con materiales aislantes.

Si los electrones no pueden fluir entre los metales, una pila galvánica clásica no puede funcionar correctamente.

Corrosión galvánica y corrosión por hendidura

La corrosión galvánica y la corrosión por hendidura son mecanismos diferentes, pero pueden ocurrir simultáneamente en la misma combinación.

Corrosión galvánica y corrosión por picaduras

La corrosión galvánica tampoco es el mismo fenómeno que la corrosión por picaduras.
La corrosión por picaduras puede producirse en un material debido a daños localizados en la capa pasiva, especialmente en presencia de cloruros.
La corrosión galvánica es el resultado de la interacción electroquímica de diversos materiales conectados eléctricamente en presencia de un electrolito.
Sin embargo, en los diseños prácticos ambos mecanismos pueden ocurrir simultáneamente.

Los errores de diseño más comunes

Los errores de diseño aparentemente menores suelen provocar problemas de corrosión galvánica.
Estos incluyen:

• unir aluminio directamente al acero inoxidable en un entorno marino,
• el uso de pequeños elementos de acero al carbono con una gran superficie de acero inoxidable,
• no hay aislamiento eléctrico entre diferentes metales,
• diseño de áreas de retención de agua,
• daños en los revestimientos protectores,
• uso de sujetadores inadecuados,
• no tener en cuenta las condiciones reales de funcionamiento.

Corrosión galvánica: las conclusiones más importantes

La corrosión galvánica se produce cuando Dos materiales metálicos diferentes están en contacto eléctrico y simultáneamente en presencia de un electrolito..
El material más activo se convierte en el ánodo y sufre una corrosión acelerada, mientras que el material más noble actúa como cátodo.
El sistema es particularmente peligroso ánodo pequeño – cátodo grande, porque el proceso de corrosión se concentra en una pequeña área del material del ánodo.
Al diseñar conexiones de acero inoxidable, se debe prestar especial atención al contacto con aluminio, acero al carbono, cobre y otros metales.
El riesgo depende no solo del tipo de materiales que se conectan, sino también de su relación de área superficial, tipo de electrolito, temperatura, conductividad ambiental y geometría de construcción.
Las formas más eficaces de limitar la corrosión galvánica son la selección adecuada de los materiales, la interrupción del contacto eléctrico, la limitación del acceso al electrolito y el diseño apropiado de la relación de superficie entre el ánodo y el cátodo.

La corrosión puede producirse mediante diversos mecanismos, dependiendo del material, el entorno y las condiciones de funcionamiento. Conozca otros tipos de corrosión:

Tipos de corrosión del acero y los metales

Corrosión uniforme del acero y los metales
Corrosión por picaduras en aceros inoxidables
Corrosión por hendidura en aceros inoxidables
Corrosión intergranular del acero inoxidable
Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC)
Corrosión galvánica
corrosión erosiva
corrosión por cavitación
fatiga por corrosión
corrosión por frotamiento
Corrosión microbiológica MIC
Corrosión a alta temperatura

Clasificación de la corrosión según el entorno.

Corrosión marina: corrosión del acero y los metales en agua de mar.
Korozja atmosferyczna
corrosión del suelo
Corrosión en agua dulce e industrial
Corrosión en ambientes con cloruros
Corrosión en ambientes ácidos
Corrosión en ambientes alcalinos
Corrosión en gases y gases de escape
Corrosión en sistemas de alcantarillado y aguas residuales
Corrosión en entornos químicos y petroquímicos

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