Tabla de corrosión galvánica y verificador de compatibilidad de metales

Cuando dos metales distintos se tocan y hay humedad, uno de ellos se corroe más rápido de lo que lo haría solo. Esto es la corrosión galvánica, también llamada corrosión entre metales disímiles. Una tabla de corrosión galvánica muestra qué metal se corroerá y con cuánta fuerza lo impulsa el par. El verificador de abajo admite cualquier par de 31 metales, y la tabla completa de su índice anódico y de sus potenciales en agua de mar y en suelo está justo debajo. Elija dos metales y el ambiente que comparten, y le dirá cuál es el ánodo y le dará una banda de riesgo preliminar. Donde MIL-STD-889D tiene datos de prueba para ambos metales, también obtiene la clasificación medida, y una vez que indica qué tan grande es cada superficie expuesta, le muestra qué efecto tiene la relación de áreas en el riesgo.

Los ingenieros de corrosión de Dreiym Engineering construyeron el verificador con datos militares e industriales publicados, y cada fuente aparece debajo de la tabla. Es una herramienta preliminar, pensada para comparar materiales y fijaciones al inicio de un proyecto. No es un estudio de corrosión ni sustituye un análisis de ingeniería, y no debe usarse para decisiones de seguridad como conexiones estructurales, de presión o eléctricas.

Cómo funciona la corrosión galvánica

La corrosión galvánica requiere tres cosas a la vez. Los dos metales deben tener potenciales de corrosión distintos en el electrolito que comparten. Debe haber un camino eléctrico entre ellos, que puede ser tan simple como que los metales se toquen o estén atornillados o soldados entre sí. Y el electrolito, como la lluvia, la condensación, el agua de mar o el suelo húmedo, debe unir los dos metales. El metal más activo se vuelve entonces el ánodo y se corroe, mientras que el más noble se vuelve el cátodo y queda protegido. Si quita cualquiera de las tres, el ataque galvánico se detiene.

Cómo leer una tabla de corrosión galvánica

Una tabla de índice anódico pone todos los metales en una sola escala, en volts respecto al oro, con los grupos de fuerza electromotriz de MIL-STD-1250A. También se le llama tabla de compatibilidad galvánica. En cualquier par, el metal con el índice mayor es el ánodo. Calcule la diferencia entre los dos índices y compárela con el límite del ambiente:

• Severo cubre exteriores, alta humedad y exposición salina o marina, con un límite de 0.15 V.
• Normal permite 0.25 V en lugares protegidos de la lluvia pero sin control de clima, como una bodega.
• Controlado permite 0.50 V en interiores con control de temperatura y humedad.
• Enterrado en suelo no tiene un límite publicado, así que el verificador aplica el de severo, 0.15 V (vea abajo).

Estos límites vienen del Handbook of Corrosion Engineeringde Roberge. Muchos sitios web los atribuyen a MIL-STD-889, pero ni MIL-STD-889B ni 889D los contienen. Esas revisiones clasifican los pares por la velocidad de corrosión medida, y el verificador indica de dónde sale cada número. Cuando la diferencia es igual o menor que el límite del ambiente, el par es de riesgo bajo. Por encima del límite pero dentro de 0.50 V es de riesgo elevado, es decir, solo sería aceptable en un lugar más controlado. Ningún límite publicado permite más de 0.50 V, así que todo lo que lo supere es de riesgo alto. Y si los datos publicados no pueden poner ambos metales en una misma escala, el par aparece como sin clasificar.

¿Qué es la serie galvánica?

La serie galvánica ordena metales y aleaciones según su potencial de corrosión medido en un electrolito específico, casi siempre agua de mar en movimiento. A diferencia de la serie electroquímica de los metales puros, incluye las aleaciones que realmente se usan en la construcción, y algunas aparecen dos veces: los aceros inoxidables quedan cerca del extremo noble mientras su película pasiva de óxido está intacta, y mucho más cerca del acero cuando la película se rompe en una hendidura o en agua estancada. ASTM G82 es la guía estándar para desarrollar y usar una serie galvánica.

La tabla bajo el verificador da tres valores para cada metal: su índice anódico, su potencial en agua de mar de la serie galvánica ABYC E-2 y su potencial en suelo de Control of Pipeline Corrosionde Peabody, los valores que usan los ingenieros de protección catódica para estructuras enterradas. La posición de un metal indica cuál de un par se corroerá. La diferencia entre dos metales muestra con cuánta fuerza el par impulsa la corrosión, pero no la velocidad de corrosión, que también depende del electrolito, de la relación de áreas y de la polarización.

Tabla de compatibilidad de metales disímiles

Esta tabla aplica los mismos valores de índice anódico y los mismos límites por ambiente que el verificador a diez metales que a menudo quedan en contacto en obra, en fijaciones y en la puesta a tierra. Cada celda da la diferencia entre los dos metales en volts y el ambiente más severo en el que el par es aceptable.

• OK: 0.15 V o menos. Riesgo galvánico bajo según el índice anódico; revise el par en el verificador de arriba para ver las notas propias de cada material.
• OK*: las pruebas en agua de mar de MIL-STD-889D califican peor este par, o señalan al otro metal como el ánodo. En uniones húmedas o sumergidas, revise el par en el verificador de arriba.
• N: 0.16 a 0.25 V. Aceptable en ambientes normales (protegidos) y controlados.
• C: 0.26 a 0.50 V. Aceptable solo en interiores con control de temperatura y humedad.
• ✕: más de 0.50 V. Evite el contacto directo: aísle los metales, recúbralos o elija otro material.

La relación de áreas sigue importando. Un ánodo pequeño sobre un cátodo grande se corroe más rápido, como remaches de aluminio en lámina de cobre o pernos de acero en una placa de inoxidable, mientras que un cátodo pequeño sobre un ánodo grande, como fijaciones de inoxidable en aluminio, es mucho menos severo. El acero inoxidable en una hendidura o en agua estancada puede perder su película pasiva y comportarse como un metal activo, lo que la tabla no muestra. Esta tabla es una revisión basada en el índice; para los pares que probó MIL-STD-889D, como acero galvanizado con aluminio, la clasificación medida en el verificador de arriba puede ser distinta. Use el verificador para otros metales, para esas clasificaciones y para pares enterrados.

Tres pares comunes

• Aluminio (1100, 3003, 5052, 6061 o 7075) sobre acero inoxidable 316 pasivo da una diferencia de 0.55 V, con el aluminio como ánodo, así que es de riesgo alto en todos los ambientes. Otras aleaciones de aluminio dan resultados distintos. La aleación 2024 sobre el mismo inoxidable da 0.40 V, riesgo elevado en exteriores, así que elija su aleación exacta. Los tornillos de inoxidable en lámina de aluminio son el caso menos malo, porque la pieza pequeña es el cátodo, y el verificador lo indica cuando el inoxidable es la pieza pequeña en la relación de áreas (el inicio rápido "Tornillos de inoxidable en aluminio"). En exteriores y en embarcaciones, aíslelos de todos modos. El caso que debe evitar es el contrario, con remaches o pernos de aluminio en acero inoxidable.
• Cobre sobre acero al carbono da 0.50 V, y el acero es el ánodo. Es riesgo elevado en exteriores y en lugares protegidos, y riesgo alto enterrado. Solo baja a riesgo bajo en un cuarto con control de clima.
• Zinc sobre acero al carbono da 0.40 V, con el zinc como ánodo. El verificador muestra riesgo elevado en exteriores y en lugares protegidos, y riesgo alto enterrado, porque la banda mide con cuánta fuerza se impulsa al zinc. En este caso, eso es lo que se busca. El zinc se corroe para que el acero se corroa menos, que es como el galvanizado y los ánodos de zinc protegen el acero. Siempre que el zinc, el magnesio o el galvanizado es el ánodo sobre acero o hierro, el verificador agrega una nota que lo explica y le recuerda que el zinc o el magnesio se consumen con el tiempo.

Acero inoxidable pasivo y activo

El acero inoxidable obtiene su resistencia a la corrosión de una película delgada de óxido. Donde el oxígeno llega a la superficie, la película se mantiene y el acero se comporta como un metal bastante noble. Esa es la opción "pasivo" de la tabla. En una hendidura, bajo un depósito o en agua estancada, la película se puede romper, y el mismo acero se vuelve "activo", mucho más cerca del acero al carbono. El inoxidable activo no tiene un grupo propio de índice anódico, así que cuando un par lo incluye, el verificador clasifica el par con los potenciales publicados en agua de mar y marca el resultado como aproximado. Si el otro metal no tiene un valor publicado en agua de mar, como el cadmio, el estaño, el níquel o el inoxidable 410, el par aparece como sin clasificar. El inoxidable activo junto a inoxidable pasivo, como en una hendidura bajo una rondana de inoxidable, es un par galvánico por sí mismo, y el verificador explica el ataque por picaduras y por hendiduras que provoca.

Qué agrega la clasificación de MIL-STD-889D

MIL-STD-889D publica velocidades de corrosión galvánica medidas para pares de materiales, en una escala de 0 a 6. Los pares se probaron desnudos y con áreas iguales, sumergidos en agua de mar artificial. Si ambos metales se probaron, el verificador muestra esa clasificación junto a la banda. La clasificación nunca cambia la banda. La propia MIL-STD-889D dice que su tabla no es una escala de riesgo, y el metal desnudo sumergido en agua de mar es una prueba más severa que la mayoría de los servicios. Sin embargo, cuando las dos no coinciden, aparece una nota. Si el índice anódico clasifica un par como de riesgo bajo en exteriores, protegido o enterrado, pero MIL-STD-889D midió 1 mil por año o más (el cadmio sobre acero al carbono es un ejemplo), el verificador le indica que tome la banda como optimista para servicio húmedo o sumergido.

Por qué importa una pieza pequeña

El tamaño del cátodo fija cuánta corriente galvánica circula, y esa corriente se reparte sobre el ánodo. Un ánodo pequeño sobre un cátodo grande, como remaches de aluminio en una lámina de acero inoxidable o pernos de acero en una placa de cobre, concentra el ataque, y la pieza pequeña falla pronto. Al revés, con un cátodo pequeño sobre un ánodo grande, el ataque se reparte y es mucho más tolerable. Ajuste las áreas expuestas en el paso 3 del verificador, con el control deslizante o los botones de relación. El verificador agrega entonces una advertencia o una confirmación y mueve la barra de riesgo. Un ánodo de una quinta parte del tamaño del cátodo o menor sube el riesgo un nivel, y un ánodo cinco o más veces mayor lo baja un nivel. La banda por diferencia de potencial no cambia.

Metal enterrado y puesta a tierra de cobre

No hay un límite publicado de índice anódico para metal enterrado en el suelo, así que el verificador aplica el más estricto, 0.15 V, y las únicas bandas que da son baja y alta. Donde ambos metales tienen un potencial publicado en suelo (9 de las 31 opciones lo tienen, entre ellas el acero, el hierro, el zinc, el magnesio y las aleaciones de cobre), también los muestra, junto con la tensión impulsora entre ellos. El acero unido a una puesta a tierra de cobre es un caso común bajo tierra: tanques, tuberías y estructura de acero unidos a varillas y mallas de tierra de cobre. El cobre es el cátodo, así que el acero se corroe. El acero nuevo conectado a acero viejo y oxidado también forma un par galvánico, y el acero nuevo es el ánodo.

Nunca quite una unión equipotencial que exija el código eléctrico. Las soluciones de ingeniería mantienen esa unión: juntas aislantes o desacopladores de CD en los puntos correctos, como la entrada de la acometida, y protección catódica dimensionada para todo el sistema unido. El cobre debe incluirse en ese dimensionamiento, porque también consume corriente de protección. El acero se considera comúnmente protegido por completo a -0.85 V o más negativo, medido contra un electrodo de referencia de cobre-sulfato de cobre, tomando en cuenta la caída IR en la lectura.

Formas de reducir el riesgo

• Elija metales que estén cerca entre sí en la tabla de corrosión galvánica, o haga las piezas pequeñas del metal más noble.
• Las rondanas, mangas y empaques aislantes cortan el camino eléctrico, pero nunca los use donde la unión es una unión equipotencial o una puesta a tierra, como el gabinete de un equipo, una tubería metálica o la estructura de acero de un edificio. Aislar o pintar una unión que exige el código eléctrico puede dejar el metal energizado durante una falla. Para esas uniones, pida a un ingeniero una solución que conserve la unión.
• Pinte el metal más noble (catódico), o ambos, pero nunca pinte solo el ánodo. Un rayón o poro en la pintura se vuelve un ánodo diminuto frente a todo el cátodo, y el ataque se concentra ahí. Los recubrimientos de zinc, como el galvanizado, son otro caso. Son de sacrificio, así que siguen protegiendo el acero en los pequeños daños.
• Mantenga el agua fuera de la unión. Las estructuras enterradas o sumergidas también deben tener protección catódica.

Nuestra guía sobre cómo prevenir la corrosión galvánica explica cada uno de estos métodos con más detalle. Si una estructura ya se está corroyendo, o un sistema enterrado necesita protección, nuestros ingenieros hacen diseño de protección catódica, estudios de potencial de protección catódica, análisis de la corrosividad del suelo y ingeniería forense de la corrosión.