Qué es Corrosión Intergranular (IGC)

¿Qué significa corrosión intergranular (IGC)?

Este es un tipo de corrosión que ataca los límites de los cristalitos metálicos, en lugar de atacar la superficie del metal. La corrosión intergranular también puede denominarse ataque intergranular en una condición conocida como agotamiento del límite de grano.

Los metales y las aleaciones, como otros elementos, tienen microestructuras que pueden describirse como granos. Los metales pueden contener múltiples granos, y estos están separados por un límite de grano. La corrosión intergranular se puede definir como un ataque a lo largo de los límites de varios granos en el metal o cerca del límite del grano con la mayor parte del grano sin verse afectada.

La corrosión intergranular es un tipo de corrosión que ocurre a lo largo de los límites de grano de un material metálico, debilitando su estructura y propiedades mecánicas. Se produce cuando ciertos materiales metálicos son expuestos a ambientes corrosivos, lo que resulta en la degradación selectiva de las regiones a lo largo de los bordes de grano del material, mientras que el interior del grano permanece relativamente intacto.

Se produce debido a la presencia de elementos químicos, condiciones de temperatura, humedad y tensión mecánica que pueden causar la disolución o precipitación de ciertos compuestos a lo largo de los límites de grano del material. Esto puede debilitar los límites de grano, provocar la formación de grietas y eventualmente llevar a la falla del material.

La susceptibilidad a la corrosión intergranular depende del tipo de material y del ambiente corrosivo al que está expuesto. Algunos materiales, como los aceros inoxidables y algunas aleaciones de aluminio, son particularmente propensos a la corrosión intergranular en ciertas condiciones. Factores como la composición química del material, el tratamiento térmico, el ambiente corrosivo y las tensiones mecánicas presentes pueden influir en la aparición y propagación de la corrosión intergranular.

Es importante tener en cuenta que la corrosión intergranular puede ser evitada o controlada mediante la selección adecuada de materiales, la aplicación de tratamientos térmicos y recubrimientos protectores, y el control de las condiciones del ambiente corrosivo en el que se encuentra el material. Las pruebas y ensayos específicos también se utilizan para detectar y evaluar la susceptibilidad de un material a la corrosión intergranular.

Mecanismos de corrosión intergranular en materiales metálicos.

Existen varios mecanismos de corrosión intergranular en materiales metálicos, y su comprensión es importante para entender cómo se produce este tipo de corrosión. Algunos de los mecanismos más comunes son:

  • Segregación de impurezas: La presencia de impurezas en el material puede causar la segregación de ciertos elementos químicos a lo largo de los límites de grano, lo que puede resultar en la formación de zonas más propensas a la corrosión. Estos elementos segregados pueden alterar la composición química del material en los límites de grano, lo que puede debilitarlos y hacer que sean más susceptibles a la corrosión.
  • Precipitación de fases intermetálicas: Algunos materiales metálicos contienen fases intermetálicas, que son compuestos químicos formados por la combinación de dos o más elementos metálicos. La corrosión intergranular puede ocurrir cuando estas fases intermetálicas se precipitan a lo largo de los límites de grano, lo que puede debilitar los límites de grano y hacerlos más susceptibles a la corrosión.
  • Desbalance de potencial electroquímico: Los límites de grano pueden tener un potencial electroquímico diferente al del interior del grano, lo que crea una diferencia de potencial electroquímico a lo largo de los límites de grano. Esto puede causar la corrosión selectiva en los límites de grano, ya que se forman celdas electroquímicas locales que conducen a la disolución del material en los límites de grano.
  • Tensiones residuales: Las tensiones residuales, que son tensiones internas que quedan atrapadas en un material después de su fabricación o procesamiento, pueden contribuir a la corrosión intergranular. Estas tensiones pueden debilitar los límites de grano y crear zonas de mayor susceptibilidad a la corrosión.
  • Efecto de la temperatura: La temperatura del ambiente corrosivo puede tener un efecto significativo en la corrosión intergranular. Algunos materiales metálicos son más susceptibles a la corrosión intergranular a temperaturas elevadas, ya que las reacciones químicas y electroquímicas que conducen a la corrosión pueden ser más activas a temperaturas altas.

Métodos de prueba y detección de la corrosión intergranular.

Existen varios métodos de prueba y detección de la corrosión intergranular en materiales metálicos. Algunos de los métodos más comunes son:

  1. Ensayo de sensibilización: Este es uno de los métodos más utilizados para evaluar la susceptibilidad de un material a la corrosión intergranular, especialmente en aceros inoxidables. El ensayo de sensibilización implica la exposición del material a una solución corrosiva durante un período de tiempo específico, seguido de la evaluación de la presencia de corrosión intergranular mediante técnicas de examen metalográfico o pruebas electroquímicas. Este ensayo se basa en la tendencia de ciertos materiales a perder su resistencia a la corrosión intergranular después de ser expuestos a ciertos ambientes corrosivos, debido a la precipitación de fases intermetálicas en los límites de grano.
  2. Ensayo de corrosión acelerada: Estos ensayos implican la exposición acelerada del material a ambientes corrosivos agresivos, utilizando técnicas como la corrosión bajo tensión o la corrosión cíclica. Estos ensayos pueden acelerar el proceso de corrosión intergranular y ayudar a evaluar la susceptibilidad del material en un corto período de tiempo.
  3. Análisis metalográfico: Este método implica el examen de la estructura metalográfica del material bajo un microscopio óptico o electrónico para identificar la presencia de corrosión intergranular. La corrosión intergranular suele aparecer como una disolución o ataque localizado a lo largo de los límites de grano, lo que puede ser identificado visualmente en la microestructura del material.
  4. Pruebas electroquímicas: Estas pruebas implican la medición de parámetros electroquímicos, como la resistencia a la polarización o la conductividad eléctrica del material, para evaluar su susceptibilidad a la corrosión intergranular. Estas pruebas pueden proporcionar información cuantitativa sobre la corrosión intergranular y son ampliamente utilizadas en estudios de investigación y desarrollo de materiales.
  5. Pruebas de exposición a ambientes corrosivos reales: Este método implica la exposición del material a un ambiente corrosivo real durante un período de tiempo prolongado, y luego la evaluación de la presencia de corrosión intergranular en el material expuesto. Este enfoque proporciona una evaluación más realista de la susceptibilidad del material a la corrosión intergranular en condiciones reales de servicio.

Prevención y control de la corrosión intergranular en aceros inoxidables.

La prevención y control de la corrosión intergranular en aceros inoxidables implica la adopción de medidas adecuadas durante la selección de materiales, el diseño de componentes, la fabricación y el mantenimiento. Algunas estrategias comunes para prevenir y controlar la corrosión intergranular en aceros inoxidables son:

  1. Selección adecuada de materiales: Es importante seleccionar aceros inoxidables adecuados para las condiciones de servicio específicas. Algunos aceros inoxidables son más susceptibles a la corrosión intergranular que otros, por lo que es importante elegir un grado de acero inoxidable con una composición química apropiada y una resistencia adecuada a la corrosión intergranular para el ambiente corrosivo en el que se utilizará.
  2. Tratamientos térmicos adecuados: Algunos aceros inoxidables pueden ser sensibilizados a la corrosión intergranular durante la fabricación debido a tratamientos térmicos inadecuados, como altas temperaturas de soldadura o recocido. Es importante seguir los procedimientos de tratamientos térmicos recomendados para minimizar la susceptibilidad a la corrosión intergranular.
  3. Diseño adecuado de componentes: El diseño de componentes debe tener en cuenta la posibilidad de corrosión intergranular, evitando la acumulación de humedad, la formación de corrosión localizada en zonas con discontinuidades o el uso de uniones soldadas sin protección adecuada. Se pueden utilizar diseños que minimicen la exposición de los límites de grano a ambientes corrosivos, como el uso de formas redondeadas y evitando esquinas afiladas.
  4. Protección catódica: La protección catódica es una técnica que implica la aplicación de una corriente eléctrica externa para reducir el potencial de corrosión del acero inoxidable, lo que puede ayudar a prevenir la corrosión intergranular.
  5. Recubrimientos protectores: El uso de recubrimientos protectores, como pinturas, lacas o películas de polímeros, puede proporcionar una barrera física entre el acero inoxidable y el ambiente corrosivo, ayudando a prevenir la corrosión intergranular.
  6. Mantenimiento adecuado: Es importante mantener limpios y secos los componentes de acero inoxidable, y realizar inspecciones periódicas para detectar posibles signos de corrosión intergranular y tomar medidas preventivas o correctivas de manera oportuna.
  7. Control del ambiente corrosivo: Cuando sea posible, se debe controlar y minimizar el ambiente corrosivo en el que se encuentran los aceros inoxidables, mediante la eliminación de contaminantes corrosivos, control de la humedad, ajuste del pH, entre otros.

Influencia de la temperatura en la corrosión intergranular de metales.

La temperatura puede tener una influencia significativa en la corrosión intergranular de metales, incluyendo aceros inoxidables y otros metales con límites de grano bien definidos. La corrosión intergranular a menudo es más severa a temperaturas elevadas debido a los siguientes factores:

  • Sensibilización: Algunos metales, como los aceros inoxidables, pueden experimentar sensibilización a altas temperaturas, lo que significa que la exposición a temperaturas elevadas puede causar la precipitación de carburos o otros compuestos en los límites de grano, reduciendo así la resistencia a la corrosión intergranular. Este fenómeno ocurre en aceros inoxidables austeníticos, como los de la serie 300, cuando se los expone a temperaturas entre 450°C y 850°C durante un período prolongado de tiempo.
  • Cambios en la velocidad de reacción electroquímica: La corrosión intergranular es una reacción electroquímica que implica la transferencia de electrones y iones a través de la interfaz de los límites de grano. A temperaturas elevadas, la velocidad de reacción electroquímica puede aumentar, lo que puede acelerar la corrosión intergranular y provocar una mayor degradación del material.
  • Cambios en la difusión de especies corrosivas: A temperaturas más altas, la difusión de especies corrosivas, como iones o moléculas de agua, puede aumentar en los límites de grano, lo que puede facilitar la corrosión intergranular. Esto puede deberse a la mayor movilidad de los átomos a altas temperaturas, lo que permite una mayor migración de especies corrosivas a través de los límites de grano.
  • Cambios en la estructura del metal: A temperaturas elevadas, los metales pueden experimentar cambios en su estructura, como la recristalización o el crecimiento de grano, lo que puede afectar la susceptibilidad a la corrosión intergranular. Por ejemplo, la recristalización a altas temperaturas puede reducir la cantidad de límites de grano y, por lo tanto, disminuir la probabilidad de corrosión intergranular.

Por lo tanto, es importante tener en cuenta la temperatura de servicio en la prevención y control de la corrosión intergranular en metales, especialmente en aceros inoxidables y otros metales susceptibles a este tipo de corrosión. El control de la temperatura de servicio, la selección adecuada de materiales y la aplicación de prácticas de diseño y mantenimiento apropiadas son importantes para minimizar la susceptibilidad a la corrosión intergranular en diferentes temperaturas de trabajo.

Efecto del medio ambiente en la corrosión intergranular.

El medio ambiente en el que se encuentra un metal puede tener un efecto significativo en la corrosión intergranular. Diferentes ambientes pueden tener diferentes composiciones químicas, concentraciones de iones, pH y temperatura, lo que puede influir en la susceptibilidad de un metal a la corrosión intergranular. Algunos de los efectos del medio ambiente en la corrosión intergranular son:

  • Presencia de agentes corrosivos: La presencia de agentes corrosivos en el medio ambiente, como cloruros, sulfuros, ácidos u otros compuestos químicos agresivos, puede aumentar la susceptibilidad a la corrosión intergranular. Estos agentes pueden penetrar a través de los límites de grano y promover la corrosión localizada en los límites de grano, debilitando así la estructura del metal.
  • Concentración de iones: La concentración de iones en el medio ambiente puede tener un efecto directo en la corrosión intergranular. Por ejemplo, altas concentraciones de iones de cloruro pueden acelerar la corrosión intergranular en aceros inoxidables sensibilizados, mientras que bajas concentraciones de iones pueden disminuir la susceptibilidad a la corrosión intergranular.
  • pH del medio ambiente: El pH del medio ambiente puede influir en la corrosión intergranular, especialmente en metales que son sensibles a la corrosión ácida o alcalina. Por ejemplo, aceros inoxidables sensibilizados son más susceptibles a la corrosión intergranular en ambientes ácidos, mientras que algunos metales pueden ser susceptibles a la corrosión intergranular en ambientes alcalinos.
  • Temperatura del medio ambiente: La temperatura del medio ambiente puede influir en la velocidad de la corrosión intergranular. Por lo general, temperaturas más altas pueden acelerar la corrosión intergranular, mientras que temperaturas más bajas pueden disminuir la velocidad de corrosión intergranular.
  • Humedad y exposición a la intemperie: La exposición prolongada a la humedad y a condiciones atmosféricas adversas puede aumentar la susceptibilidad a la corrosión intergranular. La presencia de agua o la exposición a la intemperie puede promover la corrosión intergranular al facilitar la difusión de especies corrosivas a través de los límites de grano.

Por lo tanto, es importante tener en cuenta el ambiente en el que se encuentra un metal en la prevención y control de la corrosión intergranular. La selección adecuada de materiales resistentes al ambiente, el control de la exposición a agentes corrosivos, el monitoreo del pH y la concentración de iones, y la protección contra la humedad y la intemperie son algunas de las estrategias utilizadas para mitigar la corrosión intergranular inducida por el ambiente.

Materiales resistentes a la corrosión intergranular.

Algunos de los materiales que son conocidos por su resistencia a la corrosión intergranular incluyen:

  • Aceros inoxidables austeníticos: Los aceros inoxidables austeníticos, como el acero inoxidable 304 y 316, son conocidos por su alta resistencia a la corrosión intergranular. Estos aceros contienen cromo y níquel en su composición, lo que forma una capa de óxido de cromo en la superficie que protege el material de la corrosión. Además, la adición de molibdeno en algunos grados de aceros inoxidables austeníticos mejora aún más su resistencia a la corrosión intergranular.
  • Aleaciones de níquel: Las aleaciones de níquel, como el Inconel y Monel, son conocidas por su excelente resistencia a la corrosión intergranular en una amplia gama de ambientes corrosivos. Estas aleaciones de níquel son utilizadas en aplicaciones que requieren alta resistencia a la corrosión, como en la industria química, aeroespacial y de petróleo y gas.
  • Titanio y sus aleaciones: El titanio y sus aleaciones son conocidos por su alta resistencia a la corrosión intergranular en ambientes corrosivos, especialmente en ambientes altamente oxidantes o reductores. El titanio es utilizado en aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión en ambientes marinos, químicos y de alta temperatura.
  • Aleaciones de aluminio: Algunas aleaciones de aluminio, como la serie 5000 y 6000, son resistentes a la corrosión intergranular en muchos ambientes. Estas aleaciones son ampliamente utilizadas en aplicaciones de la industria aeroespacial y automotriz donde se requiere alta resistencia a la corrosión.
  • Aleaciones de cobre: Algunas aleaciones de cobre, como el latón y el bronce, son conocidas por su resistencia a la corrosión intergranular en ambientes no oxidantes. Estas aleaciones son utilizadas en aplicaciones que requieren alta resistencia a la corrosión en ambientes marinos y en la industria marítima.

Modelado y simulación de la corrosión intergranular en materiales metálicos.

El modelado y simulación de la corrosión intergranular en materiales metálicos es una herramienta útil para comprender los mecanismos y la cinética de este tipo de corrosión, así como para predecir el comportamiento de los materiales en diferentes condiciones ambientales. Algunas de las técnicas y enfoques utilizados en el modelado y simulación de la corrosión intergranular en materiales metálicos incluyen:

  • Modelado basado en termodinámica y cinética: Este enfoque se basa en las leyes de la termodinámica y la cinética química para describir los procesos de corrosión intergranular en términos de reacciones químicas y equilibrios electroquímicos. Se utilizan modelos matemáticos para describir las tasas de reacción y la evolución de los productos de corrosión en función de variables como la concentración de especies corrosivas, la temperatura, el pH, el potencial electroquímico y otros factores ambientales.
  • Simulación por elementos finitos: Esta técnica se utiliza para simular la corrosión intergranular en materiales metálicos a nivel microscópico o incluso a nivel atómico. Se utilizan modelos computacionales que dividen el material en elementos finitos y se aplican ecuaciones de balance de masa y energía, así como ecuaciones electroquímicas, para describir la evolución de la corrosión intergranular en la estructura del material. Esta técnica permite estudiar la influencia de la geometría del grano, la composición química del material, las tensiones internas y otros factores en la corrosión intergranular.
  • Modelado basado en teoría de defectos: Este enfoque se basa en la teoría de defectos cristalinos para describir cómo los defectos en la estructura cristalina, como las dislocaciones, pueden influir en la corrosión intergranular. Se utilizan modelos matemáticos para describir la formación y evolución de los defectos en los límites de grano y cómo estos defectos pueden facilitar o inhibir la corrosión intergranular.
  • Modelado basado en técnicas de aprendizaje automático: Las técnicas de aprendizaje automático, como el aprendizaje supervisado y no supervisado, también se han utilizado en el modelado y simulación de la corrosión intergranular en materiales metálicos. Estos enfoques utilizan datos experimentales y/o simulados para entrenar modelos que puedan predecir la corrosión intergranular en función de diferentes variables ambientales y de material.

El modelado y simulación de la corrosión intergranular en materiales metálicos es una área de investigación en constante evolución y puede ser de gran utilidad para entender y predecir el comportamiento de los materiales en ambientes corrosivos, así como para el diseño de materiales resistentes a la corrosión intergranular. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los modelos y simulaciones son aproximaciones simplificadas de la realidad, y los resultados deben ser validados experimentalmente antes de su aplicación en aplicaciones prácticas.

Industriapedia explica la corrosión intergranular (IGC)

La relación de la corrosión con los granos se puede explicar en términos de segregación de elementos. Cuando se pierde un elemento adecuado para la resistencia a la corrosión, ya sea del límite o de la zona adyacente a él, se crea una condición en la que la mancha se convierte en un ánodo con respecto al resto del grano. Luego, la corrosión avanza a lo largo del límite de grano afectado y puede causar que los granos se desprendan debido al deterioro del límite.

Los aceros inoxidables y la sensibilización a la descomposición de la soldadura son los mejores ejemplos de corrosión intergranular. Los límites de grano que son ricos en elementos de cromo precipitarán el plomo. Esto hace que los límites sean muy vulnerables a los ataques de corrosión en varios electrolitos. Esto se produce por el recalentamiento de la pieza que ha sido soldada, especialmente en la soldadura multipaso.

En el proceso de corrosión intergranular, puede ocurrir un ataque similar al de un cuchillo, una forma de corrosión intergranular, cuando el carbono reacciona con el niobio, el titanio o los aceros inoxidables austeníticos. Los carburos se forman en las zonas cercanas a la pieza soldada, dificultando su difusión. Esta condición puede corregirse recalentando la pieza para permitir que los carburos se difundan.

Las aleaciones con base de aluminio son las más afectadas por esta corrosión debido a dos razones principales. La primera es cuando las fases anódicas al aluminio están a lo largo de los límites de grano. El segundo se debe a las partes empobrecidas de cobre que se encuentran adyacentes a los límites. Otras aleaciones que son propensas a la corrosión intergranular son aquellas que tienen microestructuras de grano alargado y aplanado. Son las aleaciones muy trabajadas o las que han sido extrusionadas.

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