La susceptibilidad al daño por hidrógeno de láminas galvanizadas en caliente y por electrodeposición en medio ácido es analizada considerando el efecto que tiene la rugosidad superficial, la microestructura y el espesor de cada recubrimiento. Los resultados obtenidos demuestran que ambos galvanizados a pesar de sus diferencias morfológicas y la disminución de su espesor en el tiempo, debido a la corrosión, retardan considerablemente la difusión del hidrógeno hacia el acero base debido a su efecto barrera.
El daño por hidrógeno en aceros ha sido un fenómeno muy estudiado tanto en metalurgia como en electroquímica debido a los efectos económicos vinculados a la degradación de sus propiedades mecánicas. Algunos investigadores han enfocado su estudio en el uso de inhibidores orgánicos mientras que otros recurren al empleo de recubrimientos metálicos y óxidos como barreras contra el ingreso del hidrógeno
El cinc se perfila como un posible candidato, no sólo por su bajo costo, sino por su efecto barrera respecto del acero.
Para que un recubrimiento sea una efectiva barrera contra la permeación de hidrógeno debe ser continuo, relativamente grueso, impermeable y estable en el ambiente al que estará expuesto.
2. La susceptibilidad al daño por hidrógeno de
láminas galvanizadas en caliente y por
electrodeposición en medio ácido es analizada
considerando el efecto que tiene la rugosidad
superficial, la microestructura y el espesor de
cada recubrimiento. Los resultados obtenidos
demuestran que ambos galvanizados a pesar de
sus diferencias morfológicas y la disminución de
su espesor en el tiempo, debido a la corrosión,
retardan considerablemente la difusión del
hidrógeno hacia el acero base debido a su
efecto barrera.
3. INTRODUCCIÓN
El daño por hidrógeno en aceros ha sido un
fenómeno muy estudiado tanto en metalurgia
como en electroquímica debido a los efectos
económicos vinculados a la degradación de sus
propiedades mecánicas. Algunos investigadores
han enfocado su estudio en el uso de inhibidores
orgánicos mientras que otros recurren al empleo
de recubrimientos metálicos y óxidos como
barreras contra el ingreso del hidrógeno
4. El cinc se perfila como un posible candidato, no
sólo por su bajo costo, sino por su efecto barrera
respecto del acero.
Para que un recubrimiento sea una efectiva
barrera contra la permeación de hidrógeno debe
ser continuo, relativamente grueso, impermeable y
estable en el ambiente al que estará expuesto.
5. El modo en que ingresa y difunde el hidrógeno en el
recubrimiento antes de llegar al acero ha sido
representado en la Figura
6. Para ello es necesario realizar dos suposiciones en
la interface sustrato-recubrimiento: el flujo de
hidrógeno es continuo y el cociente de su
concentración es igual al cociente de sus
solubilidades en el equilibrio.
Material Metálico
Las láminas galvanizadas; estudios previos
indicaron que la microestructura de ambos
aceros era típica de aceros hipoeutectoides
obteniéndose un número ASTM de tamaño de
grano inferior a 7 y a 6 para el acero base del
galvanizado en caliente y el obtenido por
electrodeposición, respectivamente
7. Ensayos de Permeación
Para medir el flujo de
hidrógeno en el acero
galvanizado se empleó la
celda de permeación
horizontal de Devanathan-
Stachurski.
Para ello se utilizó H2SO4 1 N
a -1,3 V (ECS) y NaOH 0,1 N
a 0,15 V (ECS) en el
compartimiento catódico y
anódico, respectivamente.
8. Análisis Superficial
Empleando un
microscopio
óptico se estudió la
sección transversal
del galvanizado por
inmersión.
El análisis
con microscopía
electrónica de
barrido a modo de
imagen de
electrones
secundarios.
9. Análisis Preliminar del Recubrimiento
En la Tabla 1 se muestran los parámetros de
rugosidad superficial de las láminas
galvanizadas. Ra es la rugosidad media
aritmética, Ry representa la máxima altura del perfil
de rugosidad mientras que Rz es el promedio de las
alturas de pico a valle.
10. La proximidad entre los parámetros obtenidos para
cada recubrimiento indica que la influencia de
la rugosidad superficial en la reacción de
descarga de hidrógeno o en su recombinación,
debe haber sido similar en ambos galvanizados.
La Figura 2 corresponde a las imágenes obtenidas
con el microscopio óptico de las láminas
galvanizadas antes de los ensayos de
permeación. Obsérvese que la superficie del
galvanizado en caliente presenta una menor
irregularidad.
11.
12. La Figura 3 corresponde a la fotomicrografía
obtenida por microscopía óptica de la
sección transversal del galvanizado en
caliente empleado en los ensayos
electroquímicos. En esta figura se pueden
apreciar dos zonas claramente
diferenciadas.
13.
14. La Figura 4 corresponde a la
fotomicrografía obtenida por microscopía
electrónica de barrido de la sección
transversal de ambos galvanizados. Nótese
que ambos recubrimientos eran continuos y
aparentemente presentaron una buena
adherencia. El espesor del galvanizado en
caliente fue aproximadamente el doble que
el espesor del galvanizado en frío, cuya
microestructura era monofásica.
15.
16. Permeación de Hidrógeno
Se muestran las curvas de permeación del
galvanizado en frío y del galvanizado en caliente
enH2SO4 1 N a 25ºC. En ambos casos la corriente de
permeación tardó cerca de cuatro horas en
presentar un ligero incremento evidenciando el
efecto barrera que tiene el zinc a la difusión del
hidrógeno atómico.
17.
18. Análisis Superficial
Se observan las
microfotografías de
ambos galvanizados
luego de la
permeación, Nótese
el daño general en la
superficie de ambos
materiales debido,
en mayor grado al
efecto de la corrosión
y en menor grado al
daño por hidrógeno.
19. Para determinar si el
acero base había
presentado algún daño,
luego de los ensayos de
permeación, cada
recubrimiento fue
desbastado y atacado
químicamente; luego la
superficie se observó
mediante microscopía
electrónica de barrido.
20. Como puede apreciarse en ambos casos se notan
grietas, sin embargo, para el galvanizado en caliente el
número de grietas es pequeño y la mayoría son
intergranulares. Esto pudiera deberse a su mayor
espesor y a la presencia de compuestos intermetálicos.
Por otra parte, es probable que la aparición de estas
grietas se debiera a la fragilización del acero: Los
átomos de hidrógeno durante su difusión
probablemente quedaron atrapados en los bordes de
grano y algunos defectos de la red hasta que el
aumento en la concentración local de hidrógeno
atómico debilitara las fuerzas de atracción entre los
átomos de la red, promoviendo el agrietamiento una
vez que el esfuerzo local de tracción excediera la
energía máxima de enlace de estos átomos
21. CONCLUSIONES
A pesar de que cada galvanizado se
obtuvo empleando parámetros de proceso
diferentes, los índices de rugosidad superficial para
ambos recubrimientos resultaron similares.
Las curvas de permeación demostraron que
ambos recubrimientos, presentan un efecto barrera
importante ya que retardan considerablemente la
difusión del hidrógeno hacia el acero base.
Las medición del espesor de ambos recubrimientos,
antes y después de la permeación, indicaron que
mientras el hidrógeno difundía en el galvanizado,
ocurría la corrosión del recubrimiento.
