La corrosión por grietas se refiere a la corrosión que se produce en espacios ocluidos, como intersticios en los que queda atrapada una solución estancada que no se renueva. [1] Estos espacios se denominan generalmente grietas. Algunos ejemplos de grietas son los huecos y las zonas de contacto entre piezas, debajo de juntas o sellos, en el interior de grietas y costuras, espacios llenos de depósitos y debajo de pilas de lodos . [2] [3]
La resistencia a la corrosión de un acero inoxidable depende de la presencia de una película protectora de óxido ultrafina (película pasiva) en su superficie, pero es posible que esta película de óxido se rompa en determinadas condiciones, por ejemplo, en soluciones de haluro o ácidos reductores . [4] Las áreas en las que la película de óxido puede romperse también pueden ser a veces el resultado de la forma en que se diseñan los componentes, por ejemplo, debajo de las juntas, en esquinas reentrantes agudas o asociadas con una penetración de soldadura incompleta o superficies superpuestas. [5] Todos estos pueden formar grietas que pueden promover la corrosión . Para funcionar como un sitio de corrosión, una grieta tiene que ser de un ancho suficiente para permitir la entrada del corrosivo, pero lo suficientemente estrecha para garantizar que el corrosivo permanezca estancado. En consecuencia, la corrosión por grietas generalmente ocurre en huecos de unos pocos micrómetros de ancho y no se encuentra en ranuras o ranuras en las que es posible la circulación del corrosivo. Este problema a menudo se puede superar prestando atención al diseño del componente, en particular para evitar la formación de grietas o al menos mantenerlas lo más abiertas posible. La corrosión por grietas es un mecanismo muy similar a la corrosión por picaduras ; las aleaciones resistentes a una de ellas son generalmente resistentes a ambas. La corrosión por grietas puede considerarse una forma menos grave de corrosión localizada en comparación con la corrosión por picaduras. La profundidad de penetración y la velocidad de propagación en la corrosión por picaduras son significativamente mayores que en la corrosión por grietas.
Las grietas pueden desarrollar una química local que es muy diferente de la del fluido a granel. Por ejemplo, en las calderas , la concentración de impurezas no volátiles puede ocurrir en grietas cerca de superficies de transferencia de calor debido a la vaporización continua del agua. Los "factores de concentración" de muchos millones no son poco comunes para las impurezas comunes del agua como los iones de sodio , sulfato o cloruro . [6] El proceso de concentración a menudo se conoce como "escondite" (HO), mientras que el proceso opuesto, por el cual las concentraciones tienden a equilibrarse (por ejemplo, durante el apagado) se llama "retorno al escondite" (HOR). En una solución de pH neutro , el pH dentro de la grieta puede caer a 2, una condición altamente ácida que acelera la corrosión de la mayoría de los metales y aleaciones.
Para un tipo de grieta dado, dos factores son importantes en la iniciación de la corrosión por grieta: la composición química del electrolito en la grieta y la caída de potencial eléctrico en la grieta. Los investigadores habían afirmado anteriormente que uno u otro de los dos factores era responsable de iniciar la corrosión por grieta, pero recientemente se ha demostrado que es una combinación de los dos lo que causa la corrosión por grieta activa. [7] Tanto la caída de potencial como el cambio en la composición del electrolito de la grieta se producen por el agotamiento de oxígeno de la solución dentro de la grieta ( consumo de oxígeno causado por la oxidación del metal en la superficie interna de la cavidad ocluida) y la separación de áreas electroactivas, con reacciones anódicas netas ( oxidación ) que ocurren dentro de la grieta y reacciones catódicas netas ( reducción ) que ocurren en el exterior de la grieta (en la superficie en negrita). La relación de las áreas de superficie entre la región catódica y anódica es significativa.
Algunos de los fenómenos que ocurren dentro de la grieta pueden recordar un poco a la corrosión galvánica :
El mecanismo de corrosión por grietas puede ser (pero no siempre) similar al de la corrosión por picaduras . Sin embargo, existen suficientes diferencias como para justificar un tratamiento por separado. Por ejemplo, en la corrosión por grietas, se debe considerar la geometría de la grieta y la naturaleza del proceso de concentración que conduce al desarrollo de la química local diferencial. Se deben considerar las condiciones químicas locales extremas y a menudo inesperadas dentro de la grieta. Los efectos galvánicos pueden desempeñar un papel en la degradación por grietas.
Dependiendo del ambiente desarrollado en la grieta y la naturaleza del metal, la corrosión por grieta puede tomar la forma de:
Una forma común de falla de grietas ocurre debido a la corrosión bajo tensión , donde una grieta o grietas se desarrollan desde la base de la grieta donde la concentración de tensión es mayor. Esta fue la causa principal de la caída del Puente Silver sobre el río Ohio , en 1967 en Virginia Occidental , donde una única grieta crítica de solo unos 3 mm de largo creció repentinamente y fracturó una junta de barra de unión. El resto del puente se derrumbó en menos de un minuto. El desastre fue causado por un único punto de falla (SPOF).
Las barras de ojo en el Puente de Plata no eran redundantes, ya que los eslabones estaban compuestos de sólo dos barras cada uno, de acero de alta resistencia (más del doble de fuerte que el acero dulce común ), en lugar de una pila gruesa de barras más delgadas de resistencia material modesta "peinadas" juntas como es habitual para la redundancia. Con sólo dos barras, la falla de una podría imponer una carga excesiva en la segunda, causando una falla total, poco probable si se utilizan más barras. Si bien una cadena de baja redundancia se puede diseñar según los requisitos de diseño, la seguridad depende completamente de una fabricación y un ensamblaje correctos y de alta calidad.
La susceptibilidad a la corrosión por grietas varía ampliamente de un sistema de material y entorno a otro. En general, la corrosión por grietas es de mayor preocupación para los materiales que normalmente son metales pasivos , como el acero inoxidable o el aluminio . La corrosión por grietas tiende a ser de mayor importancia para los componentes fabricados con superaleaciones altamente resistentes a la corrosión y que funcionan con la química del agua más pura disponible. Por ejemplo, los generadores de vapor en las plantas de energía nuclear se degradan en gran medida por corrosión por grietas.
La corrosión por grietas es extremadamente peligrosa porque es localizada y puede provocar fallas en los componentes, mientras que la pérdida total de material es mínima. El inicio y el progreso de la corrosión por grietas pueden ser difíciles de detectar.