Comprensión de la corrosión por picaduras: Causas, prevención y estrategias de reparación

Introducción

La corrosión por picaduras es una forma altamente localizada y destructiva de degradación de materiales que afecta a los metales, especialmente aquellos que dependen de una capa pasiva protectora, como el acero inoxidable. A diferencia de la corrosión uniforme, que desgasta las superficies metálicas de forma uniforme, la corrosión por picaduras se manifiesta en forma localizada formando grietas o picaduras profundas que pueden penetrar el material. Las picaduras comprometen la integridad estructural, lo que la hace particularmente peligrosa, ya que a menudo pasa desapercibida hasta que se produce una falla catastrófica.

En comparación con otros tipos de corrosión, la corrosión en grietas ocurre en espacios confinados donde los electrolitos estancados provocan un ataque localizado, mientras que la corrosión galvánica surge debido a las interacciones electroquímicas entre metales distintos en un entorno conductor. En contraste, la corrosión por picaduras es impredecible y puede desarrollarse incluso en condiciones aparentemente estables debido a fallos localizados en la capa pasiva.

Industrias como la marítima, la petrolera y la de procesamiento químico son especialmente vulnerables a la corrosión en acero inoxidable, ya que los entornos ricos en cloruros aceleran la iniciación de las picaduras. Aunque el acero inoxidable es conocido por su resistencia a la corrosión, en condiciones con alta concentración de iones cloruro, como el agua de mar, los sistemas de refrigeración industrial y las plantas químicas, puede verse gravemente afectado.

Comprender a fondo las causas, los métodos de prevención y las estrategias de reparación de la corrosión por picaduras es fundamental para mitigar su impacto en la industria. Este artículo enfoca en detalle los factores que desencadenan este fenómeno, cómo se puede prevenir y las soluciones más eficaces para reparar los daños causados, garantizando la seguridad y la durabilidad de los materiales en condiciones adversas.

¿Qué es la corrosión por picaduras?

La corrosión por picaduras es un tipo de ataque electroquímico localizado que provoca la formación de pequeñas cavidades profundas en la superficie de un metal. A diferencia de la corrosión generalizada, que afecta uniformemente toda la superficie, la corrosión por picaduras es altamente concentrada y ocurre en sitios específicos donde la capa pasiva protectora se ha deteriorado. Este fenómeno es autocatalítico, lo que significa que, una vez que se forma una picadura, la química interna de la misma promueve un ataque continuo, profundizando el daño.

Mira este video donde explicamos en detalle los factores clave detrás de la corrosión por picaduras y cómo evitar su impacto en infraestructuras críticas. Fuente: Captain Corrosion.

Características de la corrosión por picaduras

• Ataque localizado: Se presenta en puntos específicos en lugar de afectar toda la superficie metálica.
• Impredecible: Puede desarrollarse sin signos visibles previos, lo que dificulta su detección.
• Alto potencial de daño: Incluso una picadura pequeña puede comprometer la integridad estructural del metal, provocando fallos mecánicos.

La corrosión por picaduras es un problema crítico en sectores donde la corrosión del acero inoxidable ocurre en condiciones ambientales agresivas. Algunos ejemplos incluyen:

• Industria marítima: Componentes de acero inoxidable en cascos de barcos, tuberías y plataformas marinas sufren ataques acelerados debido a la alta concentración de iones cloruro en el agua de mar.
• Sector de petróleo y gas: La corrosión por picaduras en tuberías y tanques de almacenamiento puede provocar fugas y fallas estructurales, comprometiendo la seguridad operativa.
• Plantas de procesamiento químico: La exposición a ambientes ácidos y haluros en equipos industriales aumenta significativamente el riesgo de formación de picaduras.

Abordar la corrosión por picaduras requiere un profundo conocimiento de los factores ambientales y las vulnerabilidades del material que contribuyen a su iniciación y progresión.

¿Qué causa la corrosión por picaduras?

El papel de los iones cloruro, los niveles de oxígeno y los ambientes ácidos

La corrosión por picaduras está fuertemente influenciada por la presencia de iones cloruro (Cl⁻), que atacan la capa pasiva de óxido en metales como el acero inoxidable. Los cloruros generan puntos débiles en la capa protectora, iniciando el proceso de corrosión localizada. Además, una alta concentración de oxígeno puede intensificar las reacciones anódicas y catódicas. En ambientes ácidos (pH bajo), la disolución del metal se acelera, favoreciendo el crecimiento de las picaduras.

Deterioro de la capa pasiva en el acero inoxidable

El acero inoxidable depende de una delgada capa autoprotectora de óxido de cromo (Cr₂O₃) para resistir la corrosión. Sin embargo, en ambientes ricos en cloruros o bajo estrés mecánico, esta capa puede romperse localmente, exponiendo el metal base al ataque corrosivo. Una vez comprometida la película pasiva, la disolución anódica se inicia en la zona afectada, dando lugar a la formación de picaduras profundas.

Mecanismo electroquímico de iniciación y propagación de las picaduras

La corrosión por picaduras es un proceso electroquímico que ocurre en varias etapas:

• Iniciación: Se produce la ruptura localizada de la capa pasiva, generando un sitio anódico.
• Propagación: Dentro de la picadura, el metal se disuelve, generando cationes metálicos (Mⁿ⁺) que se hidrolizan, reduciendo el pH y creando un ambiente más ácido.
• Crecimiento autocatalítico: La acidez dentro de la picadura acelera la disolución del metal, mientras que la superficie externa del material permanece pasiva, lo que permite que la picadura siga profundizándose sin interrupción.

Relación con la corrosión en grietas y otras formas de corrosión localizada

La corrosión por picaduras comparte similitudes con la corrosión en grietas, un tipo de ataque localizado que ocurre en espacios confinados con electrolitos estancados. Sin embargo, mientras que la corrosión en grietas se desarrolla en áreas protegidas, como juntas y uniones, la corrosión por picaduras puede formarse en superficies abiertas donde la capa pasiva se ha deteriorado. Comprender este mecanismo es fundamental para industrias que dependen de la resistencia del acero inoxidable a la corrosión, ya que los fallos inesperados pueden comprometer la seguridad y la eficiencia operativa.

¿Cómo ocurre la corrosión por picaduras?

La corrosión por picaduras sigue un proceso en varias fases, comenzando con el deterioro localizado de la capa pasiva de los metales y evolucionando hacia una forma de corrosión autocatalítica y autosostenida, capaz de provocar fallas estructurales catastróficas.

Fase de iniciación: Ruptura de la pasivación en áreas localizadas

La iniciación de la corrosión por picaduras ocurre cuando la capa protectora de óxido pasivo en metales como el acero inoxidable se ve comprometida. Este deterioro puede ser causado por:

• Iones cloruro (Cl⁻), que penetran los puntos débiles de la película pasiva.
• Tensiones mecánicas localizadas, que inducen microgrietas en la capa protectora.
• Contaminación superficial, como depósitos de suciedad, biofilms o subproductos de corrosión.

Una vez que la capa pasiva se rompe, el área expuesta se convierte en un sitio anódico, mientras que la superficie circundante actúa como un cátodo, creando una celda electroquímica localizada.

Fase de propagación: Ataque electroquímico autosostenido

Después de la iniciación, la corrosión por picaduras se propaga mediante un mecanismo autocatalítico. Dentro de la picadura, la disolución del metal libera cationes metálicos (Fe²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺), que reaccionan con el agua para generar iones de hidrógeno (H⁺), reduciendo el pH y generando un entorno altamente ácido.

Este ambiente ácido acelera aún más la disolución del metal, atrayendo más iones cloruro, lo que refuerza el ataque localizado y evita la formación de una nueva capa pasiva.

Mecanismo autocatalítico: Formación de picaduras profundas y falla estructural

Una vez que la picadura se forma, continúa creciendo en profundidad debido a las condiciones extremas dentro del agujero, lo que impide cualquier posibilidad de pasivación. A diferencia de la corrosión uniforme, donde la pérdida de material es generalizada, la corrosión por picaduras genera zonas altamente debilitadas, aumentando la probabilidad de:

• Perforaciones en tuberías y tanques de almacenamiento.
• Fallas estructurales en componentes de carga.
• Reducción de la resistencia mecánica, lo que incrementa el riesgo de fracturas.

Para combatir estas fallas, las industrias implementan inspecciones periódicas mediante ensayos no destructivos (NDT) como ultrasonidos (UT) y corrientes de Foucault (ECT) para detectar picaduras antes de que se conviertan en fallas críticas.

Corrosión por picaduras en acero inoxidable y otros metales

¿Por qué la corrosión en acero inoxidable está asociada con las picaduras?

Aunque el acero inoxidable es conocido por su resistencia a la corrosión, es altamente susceptible a la corrosión por picaduras en entornos ricos en cloruros, como agua de mar, plantas de procesamiento químico e industrias alimentarias. Esto se debe a:

• Deterioro localizado de la capa pasiva de óxido de cromo.
• Ataque específico de los iones cloruro, que desestabilizan la película protectora.
• Factores ambientales como altas temperaturas y condiciones de estancamiento, que favorecen la iniciación de las picaduras.

Número Equivalente de Resistencia a Picaduras (PREN) y selección de aleaciones

Para evaluar la resistencia de los aceros inoxidables a la corrosión por picaduras, se usa el Número Equivalente de Resistencia a Picaduras (PREN), calculado como:

PREN = %Cr + (3.3 × %Mo) + (16 × %N)

Un PREN más alto indica mayor resistencia a las picaduras. Ejemplos:

• Acero inoxidable 316 (PREN ~25): Resistencia moderada debido a su contenido de molibdeno.
• Aceros inoxidables dúplex y súper dúplex (PREN 35-45): Alta resistencia debido a su mayor contenido de molibdeno y nitrógeno.

Caso de estudio: Corrosión por picaduras en acero inoxidable vs. otras aleaciones

En aplicaciones offshore, el acero inoxidable 304 suele fallar por picaduras en contacto con agua de mar, mientras que el súper dúplex (e.g., 2507) muestra un rendimiento significativamente superior, demostrando la importancia de la selección de materiales en entornos de alta corrosividad.

¿Cómo prevenir la corrosión por picaduras?

La prevención de la corrosión por picaduras es un desafío crucial en diversas industrias, especialmente aquellas que operan en ambientes agresivos, como el marino, químico y petroquímico. Este tipo de corrosión localizada puede comprometer la integridad de estructuras y equipos metálicos, iniciándose en pequeñas áreas que, si no se controlan, pueden derivar en fallos catastróficos.

Para mitigar este fenómeno, es fundamental implementar estrategias que abarquen desde la selección adecuada de materiales hasta el control del entorno operativo. A continuación, exploraremos las principales técnicas y métodos para prevenir la corrosión por picaduras, garantizando la durabilidad y seguridad de los componentes expuestos.

Selección de materiales: Aceros de alta aleación con molibdeno, cromo y nitrógeno

El uso de aceros inoxidables y aleaciones con mayores concentraciones de molibdeno (Mo), cromo (Cr) y nitrógeno (N) mejora la resistencia a la corrosión por picaduras. Ejemplos incluyen aceros austeníticos avanzados (AL-6XN, Hastelloy C-22) y aceros súper dúplex.

Tratamientos superficiales: Pasivación, electropulido y recubrimientos

• Pasivación: Elimina hierro libre y refuerza la capa de óxido protector.
• Electropulido: Mejora la suavidad de la superficie, reduciendo zonas donde las picaduras pueden iniciarse.
• Recubrimientos protectores: Polímeros fluorados y cerámicos ofrecen una barrera adicional contra la corrosión.

Control ambiental: Manejo de la exposición a cloruros y del pH

• Minimizar la exposición a iones cloruro para evitar la degradación de la película pasiva.
• Mantener un pH alcalino (>9) para reducir la probabilidad de iniciación de picaduras.
• Control de temperatura, ya que temperaturas elevadas aceleran la corrosión localizada.

Protección catódica: Ánodos de sacrificio y sistemas de corriente impresa

• Ánodos de sacrificio (zinc, aluminio, magnesio) protegen estructuras de acero inoxidable mediante protección galvánica.
• Sistemas de corriente impresa (ICCP) se utilizan en plataformas marinas y tuberías para prevenir la corrosión localizada.

Inhibidores de corrosión en aplicaciones industriales

• Inhibidores a base de molibdato: Ayudan a estabilizar la capa pasiva.
• Inhibidores orgánicos: Reducen la adsorción de cloruros en la superficie del metal.
• Fluidos protectores en hidrocarburos: Desplazan el agua y previenen la iniciación de la corrosión.

¿Cómo reparar la corrosión por picaduras?

Si la corrosión por picaduras ya ha ocurrido, las estrategias de reparación dependen de la magnitud del daño.

Restauración superficial: Pulido, lijado y pasivación

• Pulido y lijado mecánico para eliminar picaduras superficiales.
• Tratamientos de pasivación para restaurar la capa de óxido de cromo.
• Grabado químico para disolver subproductos de corrosión en algunos casos.

Reparación de picaduras severas: Soldadura, recubrimientos y reemplazo de componentes

Cuando las picaduras han penetrado profundamente, se requieren métodos más avanzados:

• Soldadura: Aplicación de material de aporte en áreas afectadas.
• Cladding (recubrimiento por soldadura): Uso de aleaciones resistentes a la corrosión.
• Recubrimientos con pulverización en frío: Alternativa moderna para restaurar la integridad sin aporte térmico excesivo.

Cuándo la integridad estructural está comprometida: Reemplazo vs. reparación

Se toma la decisión de reparar o reemplazar según:

• Profundidad de las picaduras vs. grosor del material (>20% de pérdida = reemplazo).
• Importancia del componente en la estructura.
• Costo de reparación vs. instalación de nuevos equipos.

El mantenimiento predictivo regular mediante técnicas de ensayos no destructivos (NDT), como inspecciones ultrasónicas y radiográficas, ayuda a detectar la corrosión por picaduras en sus etapas iniciales, evitando fallas catastróficas.

Mecanismos de corrosión más allá de las picaduras: Formación de oxido, corrosión grietas y resistencia de los materiales

¿Qué causa la formación de óxido? (óxido de hierro vs. corrosión por picaduras)

El óxido es un tipo específico de corrosión que afecta al hierro y al acero, dando lugar a la formación de óxidos de hierro (Fe₂O₃·xH₂O) a través de un proceso electroquímico en el que intervienen el oxígeno (O₂) y el agua (H₂O). A diferencia de la corrosión por picaduras, que es altamente localizada, la formación de óxido ocurre de manera uniforme en toda la superficie del metal, debilitando progresivamente el material con el tiempo.

La formación de óxido es una reacción en múltiples etapas donde el hierro se disuelve en solución y reacciona con el oxígeno para generar una capa de óxido poroso y expansivo que no ofrece protección contra una mayor degradación.

En contraste, la corrosión por picaduras es mucho más peligrosa debido a su naturaleza autocatalítica. Una vez que se forma una picadura, la química interna de la misma favorece la disolución continua del metal. Mientras que el óxido degrada la superficie del metal de manera uniforme, la corrosión por picaduras puede provocar fallas localizadas y rápidas, lo que representa una amenaza crítica para la infraestructura industrial.

Diferencias entre la corrosión por picaduras y la corrosión por grietas

Tanto la corrosión por picaduras como la corrosión en grietas son formas de corrosión localizada, pero se diferencian en sus mecanismos de iniciación y en las condiciones ambientales que las favorecen:

• La corrosión por picaduras ocurre en superficies expuestas cuando la capa pasiva del metal se rompe, generalmente debido al ataque de iones cloruro.
• La corrosión en grietas ocurre en áreas protegidas o confinadas (uniones, solapes y debajo de sujetadores), donde la falta de oxígeno genera un microambiente ácido que favorece el ataque localizado.

Si bien ambas formas de corrosión pueden coexistir, la corrosión en grietas depende más de las restricciones geométricas, mientras que la corrosión por picaduras puede iniciarse en cualquier superficie vulnerable expuesta a un ambiente agresivo.

Impacto de las condiciones de la superficie del metal en la resistencia a la corrosión

El estado superficial de un metal influye significativamente en su resistencia a la corrosión. Factores como la rugosidad de la superficie, la contaminación y las tensiones residuales pueden aumentar la susceptibilidad a la corrosión localizada:

• Superficies más lisas (obtenidas mediante electropulido o acabado mecánico) reducen los sitios donde pueden iniciarse picaduras, eliminando microgrietas donde se acumulan iones agresivos.
• La contaminación superficial (partículas de hierro, residuos de soldadura) puede crear celdas galvánicas locales que desencadenan corrosión por picaduras o aceleran la degradación de la película pasiva.
• El trabajo en frío o las tensiones mecánicas pueden inducir tensiones residuales, lo que favorece la corrosión bajo tensión (SCC, Stress Corrosion Cracking). Si esta se combina con picaduras profundas, la integridad estructural del material puede verse gravemente comprometida.

El papel del acero, el acero inoxidable y otras aleaciones en la ciencia de la corrosión

Los diferentes metales presentan niveles variables de resistencia a la corrosión por picaduras y otras formas de corrosión:

• El acero al carbono es altamente susceptible a la corrosión uniforme y la formación de óxido, por lo que requiere recubrimientos protectores o protección catódica para evitar el deterioro.
• El acero inoxidable, aunque resistente gracias a su capa de óxido de cromo, sigue siendo vulnerable a la corrosión por picaduras en ambientes ricos en cloruros.
• Las aleaciones a base de níquel (Inconel, Hastelloy) y los aceros inoxidables súper dúplex están diseñados específicamente para resistir la corrosión por picaduras y en grietas, lo que los convierte en materiales ideales para entornos extremadamente agresivos.

Comprender la interacción entre los metales, las condiciones ambientales y las medidas de protección es clave para diseñar estructuras industriales de larga duración y sistemas resistentes a la corrosión por picaduras y otros fenómenos corrosivos.

Conclusiones

La corrosión por picaduras representa un desafío crítico en la industria debido a su naturaleza localizada, impredecible y altamente destructiva. A diferencia de otros tipos de corrosión, su capacidad de generar daños severos sin signos visibles previos la convierte en un riesgo significativo para la seguridad estructural y operativa en sectores como el marítimo, petrolero y químico. La comprensión profunda de sus mecanismos de iniciación y propagación es fundamental para desarrollar estrategias de prevención y mitigación eficaces.

La selección adecuada de materiales resistentes, como aceros inoxidables con altos niveles de molibdeno y nitrógeno, junto con la aplicación de tratamientos superficiales y recubrimientos protectores, puede reducir considerablemente el riesgo de formación de picaduras. Además, el control ambiental, evitando la exposición a altos niveles de cloruros y manteniendo condiciones de pH favorables, es clave para prolongar la vida útil de los materiales.

El mantenimiento predictivo, mediante técnicas de ensayos no destructivos (NDT) como ultrasonidos y radiografías, permite la detección temprana de picaduras antes de que se conviertan en fallas catastróficas. La combinación de prevención, monitoreo y reparación efectiva es la clave para minimizar los impactos de la corrosión por picaduras y garantizar la integridad de infraestructuras críticas a largo plazo.

Referencias

Fuente propia