UNEFM, Conservación y Restauración de Bienes Muebles, Núcleo de Escultura II, Factores que determinan la corrosión atmosférica

1. NÚCLEO ESCULTURA II, UNIDAD III. FACTORES QUE DETERMINAN LA CORROSIÓN
ATMOSFÉRICA.
LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA.
Consideraciones generales:
Es conocido que aproximadamente el 10% de la producción anual de metales se
pierde irremediablemente a causa de la corrosión, y una gran parte de estas pérdidas está
provocada por la acción del medio ambiente atmosférico.
La corrosión atmosférica es el tipo de corrosión más difundida, ya que alrededor del
80% de las construcciones metálicas, de los equipos, instalaciones, monumentos, esculturas
y otros objetos se exponen en estas condiciones.
A diferencia de otros tipos de corrosión, que se desarrollan en presencia de un
volumen determinado de solución, el proceso de la corrosión atmosférica es el único que
tiene lugar en una película muy fina de electrolito que se encuentra sobre la superficie
metálica debido a la lluvia, a la absorción, o a la condensación de la humedad.
En estas condiciones los procesos electroquímicos que tienen lugar son totalmente
diferentes a los que se producen en el caso de una inmersión completa.
La velocidad de la corrosión atmosférica depende, en alto grado, de la composición
química del medio ambiente y de las condiciones climáticas prevalecientes, y el clima puede
verse como la resultante de una serie de factores, dentro de los cuales los más significativos
son la humedad, la temperatura, y la radiación si atendemos a su influencia.
Agresividad de la atmósfera:
La agresividad de una atmósfera puede variar en un amplio rango de un lugar a otro;
incluso en países muy extensos, es posible encontrar diferencias entre distintas regiones.
La agresividad corrosiva de una atmósfera se define como el daño que la misma
puede provocar al propio medio y a los materiales, a partir de la acción simultánea de los
parámetros meteorológicos y los contaminantes ambientales.
La corrosividad de una atmósfera estará determinada, por lo tanto, por la interrelación
de una cantidad considerable de factores. Debido a esto, no es un valor constante, y podrá
cambiar a partir de las condiciones que predominen en un momento determinado.
Por ejemplo: el viento la puede hacer más o menos contaminada dependiendo de su
velocidad y dirección. La lluvia también puede actuar de dos formas diferentes: puede limpiar
la superficie de los contaminantes depositados, pero además puede mantenerse sobre el
metal, creando condiciones de humedad favorables para el desarrollo del proceso de
corrosión.
Para comparar la corrosividad de diferentes atmósferas, se presentan los datos
siguientes, en los cuales el valor para una zona altamente contaminada se toma igual a 100:

2. Factores que determinan la corrosión atmosférica de los metales:
Los factores que determinan la corrosión atmosférica pueden ser externos e internos.
Factores externos: Los factores externos son aquellos que están relacionados
directamente con el medio ambiente. Entre estos se encuentran la humedad, la composición
de la atmósfera, las partículas sólidas, y la temperatura.
a) Humedad: Este es uno de los factores más importantes, aunque su sola acción no
ocasiona grandes problemas a materiales metálicos como el hierro, el cobre, el
aluminio, el bronce, y el latón. Para los metales, es precisamente la humedad crítica,
la que resulta importante, y no el valor que medimos con los diferentes dispositivos.
Este parámetro, a su vez, va a depender de las condiciones de la superficie metálica,
y por lo tanto de los contaminantes presentes en el medio.
b) Composición de la atmosfera: Otro factor externo que influye en el deterioro
corrosivo metálico es la composición de la atmosfera. Se conoce que lejos de las
zonas industriales, la composición de la atmosfera es la siguiente:
Sin embargo, la combustión del carbón, del petróleo, y de otros materiales cambia
totalmente esta situación. Entre los contaminantes atmosféricos más comunes se
encuentran el dióxido de azufre (SO2), el amoniaco (NH3), el sulfuro de hidrogeno
(H2S), el cloro gaseoso (Cl2), el cloruro de sodio (NaCl), el ácido clorhídrico (HCl), el
dióxido de carbono (CO2), el dióxido de nitrógeno (NO2), y los hidrocarburos.

3. De todos ellos, los más agresivos para la mayoría de los materiales metálicos son, el
dióxido de azufre (SO2) y el cloruro de sodio (NaCl).
El dióxido de azufre (SO2) puede oxidarse en la atmosfera transformándose en
trióxido de azufre (SO3), el cual, en presencia de la humedad del aire es capaz de
formar acido sulfúrico, (H2SO4), un agente fuertemente corrosivo.
Para que se pueda tener una idea de cómo el propio desarrollo tecnológico incide
negativamente en la estabilidad de los bienes culturales metálicos, mencionaremos
que la fundición de 1000 Toneladas de acero está relacionada con la emisión a la
atmosfera de 40 Toneladas de polvo, 30 Toneladas de dióxido de azufre, y 50
Toneladas de dióxido de carbono, todos considerados fuertes contaminantes
ambientales.
c) Partículas sólidas: Además de los gases contaminantes y de los vapores de los
ácidos, sobre el proceso de corrosión de los metales influyen, de manera considerable,
las partículas sólidas, que de acuerdo a su actuación pueden ser activas y no activas.
Ejemplos: resultan el cloruro de sodio (NaCl) y el sulfato de amonio [(NH4)2SO4],
considerados activos. El polvo y el carbono amorfo, que si bien son inertes, se pueden
convertir en centros activos, para la absorción de la humedad y de los diferentes
contaminantes atmosféricos. El origen de estas partículas puede ser variado. Se
reportan entre otros el polvo cósmico, los suelos, las minas, las cenizas, y los restos
de sustancias orgánicas. Su acción puede ser química, al participar directamente en la
reacción con el metal, o simplemente mecánica, mediante la erosión, rayando la
superficie, o facilitando el desprendimiento de cualquier película protectora que se
hubiera formado con anterioridad.
d) Temperatura: Es un hecho generalmente conocida la tendencia que tiene cualquier
reacción química a incrementar su velocidad según aumenta la temperatura, y la
reacción electroquímica de corrosión no es una excepción. No obstante, al analizar el
caso específico de la corrosión atmosférica, es necesario tener en cuenta una
importante peculiaridad que la distingue de los otros tipos de corrosión: en la
atmósfera, al variar la temperatura, se modifica también el tiempo de contacto directo
entre el metal y la humedad del aire. Así, en algunas regiones del norte del planeta
que se caracterizan por la ocurrencia de valores bajos de temperatura, se pueden
observar, a veces, velocidades de corrosión mayores que en regiones del sur, donde
la temperatura es superior. Este fenómeno, aparentemente contradictorio, se produce
debido a que en zonas de clima templado hay un mayor tiempo de permanencia de la
humedad superficial. En las zonas cálidas, por lo general, la evaporación es más
rápida. La coincidencia de elevadas temperaturas, y tiempos prolongados de contacto
entre la humedad y el metal, puede provocar una destrucción considerable del objeto,

4. monumento o instalación metálica. Tal es el caso de los pilotes de los muelles, o lo
que se puede observar cotidianamente en países de clima tropical-húmedo.
Realmente, el hecho de que exista este tipo de relación entre los dos factores a que
nos hemos referido (temperatura - permanencia de la humedad), hace que la
dependencia de la velocidad de corrosión atmosférica con la temperatura no pueda
expresarse por una ecuación simple. De ahí que para hacer una predicción sobre el
comportamiento de un metal, en una región dada, será necesario conocer cuáles son
los factores determinantes.
e) Mineralización y acidificación de la película de humedad condensada: La
acidificación y la mineralización de la humedad condensada o de la lluvia, son el
resultado de la acción de los gases ácidos y de las sales, los cuales al disolverse van
a cambiar las características del agua que se encuentra sobre la superficie del objeto
metálico. La fuente principal de la mineralización del agua atmosférica son los
océanos, ya que durante el movimiento de las masas de aire sobre el mar y los lagos
salados, pasan a la atmósfera una gran cantidad de partículas salinas. También el
polvo atmosférico es un agente importante a considerar. La acidificación de la película
acuosa se produce fundamentalmente por la presencia de gases como el cloruro de
hidrógeno (HCl), de los óxidos de azufre (SOx) y de los óxidos de nitrógeno (NOx).
Con el dióxido de azufre (SO2), por ejemplo, el agua se puede saturar rápidamente,
pues este gas es muy soluble, y algunas mediciones que se han realizado han
revelado valores de pH entre 3 y 4 unidades, que corresponden a soluciones muy
ácidas.
Factores internos: La velocidad y el carácter del proceso de corrosión pueden estar
determinados también por factores como la composición química, la estructura y el estado
superficial del metal o aleación.
A todos ellos se les considera factores internos porque ninguno está relacionado con
el medio ambiente.
1) Composición química de la aleación: Los metales puros son, por lo general,
resistentes a la corrosión, pero al propio tiempo poseen débiles propiedades
mecánicas. De ahí que su interés practico no sea grande, y se prefieran las aleaciones.
Una aleación como ya hemos señalado es la mezcla de 2 o más metales, en
diferentes proporciones. Veamos algunos ejemplos:

5. Mediante la adición de diferentes elementos a la aleación podemos mejorar sus
propiedades químicas y mecánicas. Entre los elementos de aleación más comunes
podemos citar el cobre (Cu), el níquel (Ni), el cromo (Cr), el molibdeno (Mo), el
magnesio (Mg), el manganeso (Mn), el aluminio (Al), el estaño (Sn), el fósforo (P), el
berilio (Be), el arsénico (As). Ahora bien, debe quedar establecido que la resistencia a
la corrosión de la aleación, y por ende su comportamiento, van a depender, tanto del
metal, como de las características de la atmósfera en que se encuentre expuesto, es
decir, de factores internos y externos.
Un caso típico es la columna de Delhi en la India. Esta gran columna de hierro, situada
cerca de la torre antigua de Khuatb Mirar en la ciudad de Delhi, tiene 8 metros de
altura y se calcula pesa 12 tonelada, la pieza llama la atención de todos los
corrosionistas, conservadores y restauradores de objetos metálicos, ya que desde
hace más de 2500 años desafía la acción del medio ambiente, sin problemas
apreciables. Durante muchos años se trató de explicar este fenómeno a partir de la
reconocida maestría de los hindúes en la fundición, y de la elevada pureza del metal,
pues se trataba de un hierro casi puro (C = 0,08%; Si = 0,05%; S = 0,006%; P =
0,114%; Mn = trazas). Sin embargo, investigaciones que se llevaron a cabo con
pequeñas muestras de la columna, que fueron trasladadas a Inglaterra, para
exponerlas en condiciones más agresivas, mostraron que las piezas, en este ambiente,
sufrieron un rápido deterioro. De esto, pudo concluirse que la excepcional estabilidad
de dicha columna de acero está determinada, tanto por las propiedades intrínsecas de
la aleación, como por las condiciones especiales del lugar, que se caracteriza por la
poca contaminación, niveles de humedad relativa inferiores al 70% y elevada
temperatura, lo que impide la condensación de la humedad, y a la vez acelera el
secado del agua de lluvia sobre la superficie, lo que crea condiciones no favorables
para el desarrollo de los procesos de corrosión.
2) Estructura y estado de la superficie de la aleación: Como ya planteamos, la
estructura de la mayor parte de las aleaciones, depende en gran medida de los
tratamientos térmicos o mecánicos a que ha sido sometida. Los tratamientos térmicos
se aplican con el objetivo de garantizarle a la aleación determinadas propiedades
mecánicas, tales como resistencia, dureza, y elasticidad.
También para eliminar tensiones y deformaciones internas. Atendiendo a su estructura,
las aleaciones pueden ser monofásicas o polifásicas; y desde el punto de vista de su
comportamiento frente a la corrosión, las más ventajosas son las monofásicas, ya que
aquellas que tienen más de una fase (polifásicas), se caracterizan por su falta de
uniformidad, y por la presencia de inclusiones metálicas, como los carburos en el
acero, o el grafito en el hierro.
El latón es un ejemplo de aleación monofásica (si el contenido de zinc no sobrepasa el
37%), al igual que los aceros austeníticos de cromo-níquel (18-8). El acero al carbono
y el bronce son casos típicos de aleaciones polifásicas. Cuando hablamos de una fase,
nos estamos refiriendo a cualquier estado homogéneo de una sustancia que posee
una composición definida.

6. Dependiendo de la cantidad y de la naturaleza de los elementos aleantes presentes,
durante el proceso de elaboración de la aleación (fundición), cuando comienza a
disminuir la temperatura del líquido fundido, los diferentes constituyentes irán
solidificándose de forma variada, dando lugar a diferentes fases dentro de la matriz de
la aleación. Entre algunos de los tratamientos térmicos conocidos para los metales, se
pueden citar el temple, el revenido y el recocido. a) Temple: se eleva la temperatura
del metal por encima de su punto de fusión, y se le deja enfriar rápidamente en agua
fría o aceite. El metal adquiere una considerable dureza, pero al propio tiempo se
torna muy frágil. Esta dureza está asociada a la aparición de una nueva fase, conocida
como fase β en los bronces y como martensita en los aceros al carbono (Fig.14-15).
Es un tratamiento muy utilizado en las herramientas de corte.
b)
Revenido: este tratamiento tiene como
objetivo fundamental eliminar o reducir la fragilidad que adquirió la aleación durante el
temple. Para esto se calienta la aleación, se deja enfriar lentamente. Temperaturas
comunes de recocido para metales se encuentran entre 450‹C - 650‹C. El revenido
siempre se encuentra asociado al temple, por lo que no constituye un tratamiento en sí
mismo. c) Recocido: mediante este procedimiento se trata de devolver a la aleación
la ductilidad y maleabilidad pérdidas durante algún tratamiento de forja en frio sufrido
anteriormente como el estirado o el martillado. Después del tratamiento, el material
estará en condiciones de ser trabajado nuevamente. Para lograr esto, se procede a
calentar el metal por encima de su temperatura de fusión, y se va enfriando
lentamente para dar tiempo a que los granos ganen en homogeneidad. Valores típicos
para el hierro y el cobre oscilan entre 500‹C - 800‹C (Figura 16).

7. Pasaremos a definir dos términos importantes en el trabajo con los materiales
metálicos, muy asociados a su comportamiento: ductilidad y maleabilidad.
La ductilidad es la propiedad que tiene un metal de poder ser estirado hasta convertirlo
en un hilo, y la maleabilidad es la habilidad que el mismo tiene para poder ser martillado y
aplanado hasta formar una lámina muy fina.
El oro, por ejemplo, es un metal muy dúctil y maleable. Se sabe que una onza de oro
puede aplanarse hasta formar una lámina que cubrirá un área de 100 pies cuadrados; o
estirarse y llegar a ser un hilo de una milla de largo.

8. Ahora bien, .como inciden todos estos tratamientos térmicos en el comportamiento
posterior de los metales? Como ya se indicó, las propiedades mecánicas de la aleación
pueden modificarse, al cambiar la forma y el tamaño de los granos, lo que se puede lograr
precisamente, por medio de los tratamientos térmicos o mecánicos.
Un metal trabajado en frio, martillado o estirado, mostrara granos alargados y
aplanados, mientras que otro que haya sido recocido presentara granos muy homogéneos.
Este último será dúctil y maleable.
En un metal templado descubriremos la presencia de unas agujas muy finas, que
constituirán la fase ƒÀ o la martensita de las que ya hablamos, y que se podrán eliminar por
medio de un revenido.
El estado de la superficie también es un factor importante a considerar cuando
analizamos la resistencia a la corrosión de un objeto o monumento metálico. Se sabe que al
aumentar la rugosidad superficial disminuye la resistencia, ya que sobre el metal habrá más
sitios activos donde se podrán depositar la humedad y los contaminantes atmosféricos.
Por otra parte, sobre una superficie plana se pueden formar películas de óxidos más
compactas y uniformes, que podrán proteger al metal durante los momentos iniciales del
desarrollo de la corrosión.
La elevada resistencia de una superficie finamente pulida está determinada, en lo
fundamental, por el hecho de que en este caso hay menos posibilidad de que ocurra la
condensación capilar del vapor de agua, que sobre una superficie rugosa.
Estas cuestiones tienen implicaciones en la práctica de la conservación y restauración
de los bienes culturales metálicos. Una superficie fresca, a la que se ha aplicado
sandblasting (chorro de arena) para eliminar las incrustaciones, es la más activa, ya que,
aparte de que se ha aumentado la superficie real, también se ha destruido la película
primaria de óxido que se pudo ir formando en el tiempo, dejando al metal base en contacto
directo con los agentes agresivos del medio ambiente.
REFERENCIA:
Cepero Acan, Ana. “Principios científicos del deterioro de los objetos de arte metálicos
y de sus tratamientos de conservación”. Centro Nacional de Conservación, Restauración
y Museología (CENCREM). Calle Cuba # 610 e/ Luz y Sol, La Habana Vieja. CUBA La
Habana, Cuba / 2002. Pág. 15-4.