La corrosión galvánica es un proceso electroquímico en el que un metal se corroe al estar en contacto directo con un tipo diferente de metal (más noble) y ambos metales se encuentran inmersos en un electrolito o medio húmedo. Por el contrario, una reacción galvánica se aprovecha en baterías y pilas para generar una corriente eléctrica de cierto voltaje. Un ejemplo común es la pila de carbono-zinc donde el zinc se corroe preferentemente para producir una corriente. La batería de limón es otro ejemplo sencillo de cómo los metales diferentes reaccionan para producir una corriente eléctrica.
Cuando dos o más diferentes tipos de metal entran en contacto en presencia de un electrolito, se forma una celda galvánica porque metales diferentes tienen diferentes potenciales de electrodo o de reducción. El electrolito suministra el medio que hace posible la migración de iones por lo cual los iones metálicos en disolución pueden moverse desde el ánodo al cátodo. Esto lleva a la corrosión del metal anódico (el que tienen menor potencial de reducción) más rápidamente que de otro modo; a la vez, la corrosión del metal catódico (el que tiene mayor potencial de reducción) se retrasa hasta el punto de detenerse. La presencia de electrolitos y un camino conductor entre los dos metales puede causar una corrosión en un metal que, de forma aislada, no se habría oxidado.
Incluso un solo tipo de metal puede corroerse galvánicamente si el electrolito varía en su composición, formando una celda de concentración.
Un ejemplo común de corrosión galvánica es la oxidación de las láminas de acero corrugado, que se generaliza cuando el recubrimiento de zinc de protección se rompe y el acero subyacente es atacado. El zinc es atacado preferentemente porque es menos noble, pero cuando se consume, se produce la oxidación en serio del acero. Con una lata recubierta de estaño, como las de conservas, ocurre lo contrario porque el estaño es más noble que el acero subyacente, por lo que cuando se rompe la capa, el acero es atacado preferentemente.
Un ejemplo bastante más espectacular ocurrió en la Estatua de la Libertad, cuando el mantenimiento periódico en la década de 1980 demostró que la corrosión galvánica había tenido lugar entre el recubrimiento exterior de cobre y la estructura de soporte, de hierro forjado. Aunque el problema se había previsto cuando la estructura fue construida por Gustave Eiffel siguiendo el diseño de Frédéric Auguste Bartholdi en la década de 1880, el aislamiento de goma laca entre los dos metales se deterioró tras un período, y dio lugar a la oxidación de los soportes de hierro. Durante la renovación se sustituyó el aislamiento original por PTFE. La estructura estaba lejos de estar en peligro debido a la gran cantidad de conexiones no afectadas, pero fue considerado como una medida de precaución ya que es considerada un símbolo nacional de EE. UU.
Un ejemplo anterior ocurrió en la fragata de la Royal Navy HMS Alarm. El casco de madera de la embarcación había sido revestido de cobre para evitar el ataque de los percebes. Pronto se descubrió que la cubierta se había desprendido del casco en muchos lugares, porque los clavos de hierro que habían sido utilizado para fijar el cobre a la madera se habían corroído completamente. Una inspección más detallada reveló que algunos clavos, que estaban menos corroídos, estaban aislados del cobre por un papel marrón que estaba atrapado bajo la cabeza del clavo. El cobre había sido entregado al astillero envuelto en el papel que no se quitó antes de que dichas planchas fueran clavadas al casco. La conclusión obvia, pues, y la que figura en un informe al Almirantazgo de 1763, fue que no se debe permitir el contacto directo del hierro con el cobre en un entorno de agua de mar si se quiere evitar una severa corrosión del hierro. Más tarde, los buques se han diseñado teniendo esto en cuenta. No sólo el agua de mar era un electrolito muy bueno, debido a su alta concentración de sal, sino que el ataque de los clavos fue favorecido por su área de exposición tan pequeña en comparación con el de la cubierta de cobre del casco.
Los metales (incluidas las aleaciones) pueden ser ordenados en una serie galvánica que representa el potencial que desarrollan en un electrolito dado frente a un electrodo patrón de referencia. La posición relativa de los dos metales en esta serie da una buena indicación de qué metal de la pareja es más probable que sufra corrosión con mayor rapidez. Sin embargo, otros factores como la aireación y el caudal de agua pueden influir considerablemente en el proceso.
La corrosión galvánica es de gran interés para la industria marina. Son muy comunes la tablas con series galvánicas de metales en agua de mar, debido a la amplia utilización del metal en la construcción naval. Es posible que la corrosión de la soldadura de plata en una tubería de agua salada pudo haber causado un fallo que condujo al hundimiento del buque USS Thresher y la muerte de todos sus tripulantes.
La técnica común de la limpieza de la plata por inmersión de la plata y un trozo de papel aluminio en un baño de agua con sal (generalmente bicarbonato de sodio) es otro ejemplo de corrosión galvánica. Se debe tener cuidado, pues usando esta técnica limpiará el óxido de plata que podría estar allí como decoración. Tampoco es aconsejable limpiar así objetos de plata bañada en oro pues se puede introducir la corrosión galvánica no deseada en el metal base.
Hay varias maneras de reducir y prevenir este tipo de corrosión.
Esto es habitual en los calentadores de agua y tanques de agua caliente de las calderas. La falta de regularidad al reemplazar los ánodos de sacrificio en los calentadores de agua disminuye severamente la vida útil del tanque. Las sustancias para corregir la dureza del agua (ablandadores) de agua tienden a degradar los ánodos de sacrificio y los tanques más rápidamente.
Por ejemplo, consideremos un sistema compuesto por acero inoxidable 316 (un acero inoxidable de la serie 300, es una aleación muy noble lo que significa que es bastante resistente a la corrosión y tiene un alto potencial), y un acero dulce (un metal muy activo con menor potencial). El acero dulce se corroerá en presencia de un electrolito, como el agua salada. Si se usa un ánodo de sacrificio (como una aleación de zinc, aleaciones de aluminio o magnesio), estos ánodos se corroerán, protegiendo a los otros metales. Esta es una práctica común en la industria marítima para proteger el equipamiento del buque. Barcos y buques que están en contacto con agua salada usan o bien aleaciones de zinc o de aluminio. Si los barcos están sólo en agua dulce, se utiliza una aleación de magnesio. El magnesio tiene uno de los potenciales galvánicos más altos de todos los metales. Si se usa en una instalación expuesta al agua salada, como en un casco de un barco de acero o de aluminio, las búrbujas de hidrógeno que se forman debajo de la pintura causarán ampollas y descamación.
Los barcos de metal conectados a una línea de electricidad en tierra normalmente tienen que tener el casco conectado a tierra por razones de seguridad. Sin embargo, el final de la conexión a tierra es probable que sea una varilla de cobre enterrada en el puerto deportivo, resultando una "batería" acero-cobre de alrededor de 1,1 V. En tales casos, el uso de un aislante galvánico es esencial - típicamente 2 diodos en serie, para impedir cualquier flujo de corriente, mientras que la tensión aplicada sea inferior a 1,4 V (es decir, 0,7 V por diodo), pero permitiendo un flujo completo en caso de un fallo de la tierra. Se ha señalado que todavía habrá una fuga muy pequeña a través de los diodos que pueden dar lugar a una corrosión ligeramente más rápida de lo normal.
Una "batería de lasaña" o "pila de lasaña" se produce accidentalmente cuando los alimentos salados, como la lasaña, se almacenan en un recipiente para hornear de acero y se cubre con papel de aluminio, o bien en cualquier caso que se toquen entre sí y con el medio salado los diferentes metales (por ejemplo, al dejar una cuchara en una olla). Después de unas horas se desarrollan en el papel unos pequeños agujeros en los puntos de contacto con la lasaña, y la superficie del alimento se cubre de pequeños puntos compuestos de aluminio corroído (óxido) que es neurotóxico.
Esta corrosión metálica se debe a que cada vez que dos hojas de diferentes metales se ponen en contacto con un electrolito, los dos metales actúan como electrodos, y se forma una celda electroquímica, pila o batería. En este caso, los dos terminales de la batería están conectados entre sí. Debido a que la lámina de aluminio toca el acero, esta batería está en cortocircuito, aparece una corriente eléctrica importante, y unas reacciones químicas rápidas tienen lugar en la superficie del metal en contacto con el electrolito. Así, en esta pila de acero/sal/aluminio, como el aluminio está más alto en la serie electroquímica (mayor potencial), el aluminio sólido se oxida y se va disolviendo formando iones disueltos, y el metal experimenta corrosión galvánica.
La compatibilidad de dos metales distintos puede predecirse por medio del "índice anódico". Este parámetro mide el voltaje electroquímico que se desarrolla entre el metal y el oro, tomado como electrodo de referencia. Para tener el voltaje relativo entre dos metales, basta con hacer la diferencia de sus índices anódicos.
Para ambientes normales, tales como almacenes u otros ambientes interiores sin control de temperatura y humedad, la diferencia de los índices anódicos no debería ser superior a 0,25 V. En ambientes interiores con temperatura y humedad controladas, puede tolerarse hasta 0,50 V. Para ambientes más duros, tales como intempererie, alta humedad, y ambientes salinos, la diferencia no debería superar 0,15 V. Así, por ejemplo, los índices del oro y la plata difieren en 0,15 V, y por tanto serían compatibles para este tipo de ambientes.
A menudo, cuando el diseño requiere que metales diferentes estén en contacto, se gestiona la compatibilidad galvánica entre ellos mediante los acabados y el revestimiento. El acabado y el recubrimiento seleccionado facilitan que los materiales disímiles estén en contacto y protegen así a los materiales de base de la corrosión.
¿Se pueden poner en contacto el acero galvanizado y el aluminio o están sujetos a la corrosión galvánica?. Por teoría, experimentos y práctica, estos dos materiales son definitivamente compatibles.
1. La teoría predice que el aluminio y el acero galvanizado son compatibles. El zinc (recubrimiento del acero) y el aluminio están adyacentes el uno junto al otro en la escala de galvanizado. La presencia del aluminio acoplado con el acero galvanizado incrementa la densidad actual (rango de corrosión) del zinc solo del 0.1% al 1% (el aluminio es el cátodo, o el lado protegido del par) Este incremento en el rango de corrosión del zinc es insignificante, y por lo tanto, el contacto entre el aluminio y el acero galvanizado no acelera significativamente la corrosión de ninguno de los dos materiales.
2. Las pruebas experimentales confirman la teoría. Por ejemplo, Doyle y Wright muestran que el grado de corrosión del aluminio no se incrementa al estar en contacto con el acero galvanizado. Por ello concluyen que el zinc es muy compatible con el aluminio en todos los ambientes, y en varios casos incluso mostrando que el aluminio estaba siendo protegido catódicamente por el zinc.
3. La normativa ha incorporado estos resultados. Por ejemplo, la Asociación del Aluminio, en su código estructural, establece que no hay necesidad de separar o pintar las superficies de acero galvanizado que estén en contacto con el aluminio.
4. Muchas estructuras y componentes en el último medio siglo atestiguan lo anterior. El revestimiento de aluminio es frecuentemente fijado a estructuras de acero galvanizado y muy a menudo se utilizan tornillos con recubrimiento de zinc. La mayoría de las estructuras exteriores de tribunas de estadios en Norte América están hechas de una estructura galvanizada en la que se fijan pisos o asientos de aluminio. Y también un número incontable de conectores de sistemas de conexión en servicio en todo el mundo han sido fabricados uniendo tubos de acero galvanizado exitosa y permanentemente.
Generalmente el acero galvanizado se comporta bien en contacto con los metales más habituales en la construcción cuando se encuentran expuestos a la atmósfera, siempre que la relación superficial entre el acero galvanizado y el otro metal sea alta. Por el contrario, en condiciones de inmersión el riesgo de ataque por corrosión bimetálica se incrementa de forma significativa, por lo que normalmente es necesario utilizar algún tipo de aislamiento entre ambos metales.
Los recubrimientos galvanizados son más resistentes a la corrosión atmosférica y a la corrosión provocada por el agua, porque los productos de corrosión del zinc que se forman en tales medios, normalmente carbonatos básicos de zinc hidratados, son insolubles, adherentes y poco porosos, y constituyen una capa de pasivación que aísla eficazmente el recubrimiento galvanizado del contacto con el medio ambiente agresivo.
Comportamiento del acero galvanizado en contacto con:
Cobre. Dada la gran diferencia de potencial entre el acero galvanizado y el cobre o las aleaciones de este metal, se recomienda siempre el aislamiento eléctrico de los dos metales, incluso en condiciones de exposición a la atmósfera. Donde sea posible, el diseño debe además evitar que el agua o las condensaciones de humedad escurran desde el cobre sobre los artículos galvanizados, ya que el cobre disuelto en forma iónica podría depositarse sobre las superficies galvanizadas y provocar la corrosión del zinc.
Por este mismo motivo, en las conducciones de agua no deben mezclarse tramos de tuberías de cobre y de acero galvanizado (aunque se utilicen elementos de aislamiento eléctrico en las uniones de ambos tipos de tuberías), especialmente si los tramos de cobre se colocan delante de los de acero galvanizado y, por tanto, el flujo de agua pasa principalmente por las tuberías de cobre.
Aluminio. El riesgo de corrosión bimetálica debida al contacto entre el acero galvanizado y el aluminio en la atmósfera es relativamente bajo.
Conviene recordar que una aplicación frecuente en la que se usan conjuntamente estos dos metales son los revestimientos con paneles de aluminio montados sobre una subestructura de perfiles de acero galvanizado. En estos casos es aconsejable aunque no imprescindible, aislar ambos metales, debido a la gran superficie de los paneles de aluminio en relación con la de los perfiles en contacto.
Plomo. La posibilidad de corrosión bimetálica con el plomo es baja en una exposición a la atmósfera. No se han detectado problemas en aplicaciones tales como el uso de tapajuntas de plomo con productos o recubrimientos de zinc, o en la utilización de plomo para fijar postes o elementos estructurales galvanizados.
Acero inoxidable. El uso más habitual del acero inoxidable en contacto con acero galvanizado es en forma de tornillos y tuercas en condiciones de exposición a la atmósfera (Fig. 4). Este tipo de uniones no suelen ser muy problemáticas, debido al bajo par galvánico que se establece entre ambos metales y a la elevada relación superficial entre el metal anódico (acero galvanizado) y el catódico (acero inoxidable). No obstante, en medios de elevada conductividad (humedad elevada o inmersión en agua) es recomendable disponer un aislamiento entre las superficies en contacto de ambos metales (p.e. arandelas de plástico o neopreno y casquillos o cintas aislantes).
Técnicas * NACE TM 0497 - Medida relacionados con los criterios para la Protección catódica en sistemas de tuberías metálicas subterráneas o sumergidas
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