Medición de la velocidad de corrosión en aceros inoxidables

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Dra. Juana Eloína Mancilla Tolama-CICATA, Altamira 1 
Medición de la velocidad de corrosión en los aceros 
inoxidables 304 y 316L en medios oxidantes clorurados 
con la técnica de ruido electroquímico 
Clave 20061261 
Resumen 
 La evaluación de la velocidad de la corrosión en los aceros inoxidables austeníticos 
es de gran interés en muchas situaciones incluyendo el monitoreo de los procesos 
industriales y es fundamental su investigación a nivel laboratorio. La velocidad de 
corrosión en un metal puede ser medida electroquímicamente con la determinación de su 
resistencia de polarización (Rp), lo cual es inversamente proporcional a la corriente de la 
corrosión que, mediante las leyes de Faraday, se puede transformar en pérdida o 
degradación del acero. En este trabajo se determinó la velocidad de la corrosión con 
probetas de aceros inoxidable austeníticos comercialmente conocido como 304 y 316L 
SAE expuestos en medios de 1.5% y 3.5% de NaCl con la técnica ruido electroquímico, y 
se compararon con los obtenidos mediante la resistencia de polarización lineal. 
Introducción 
 Los aceros inoxidables austeníticos forman una película de óxido pasiva que los 
protege contra una ulterior corrosión y que consiste de una mezcla de óxido de cromo y de 
hierro [1]. Esta capa pasivada es capaz de autorestaurarse de forma natural. Sin embargo no 
resisten la presencia de iones de cloruros ocasionándoles una corrosión local debido a su 
autopasivación como lo ha descrito Z. Szklarska-Śmiaowska [2], como se manifestó en los 
aceros inoxidables 304 y 316L; por ello, la corrosión de estos aceros tienen consecuencias 
graves para la operación y la seguridad de las plantas industriales, sobre todo en regiones 
costeras como la nuestra con altos niveles de humedad y salinidad ambiental. La zona 
industrial de esta región está formada por industrias de química básica, petroquímica y 
petrolera, empleándose aceros inoxidables para los diferentes componentes de los procesos: 
equipos, reactores, tuberías, etcétera. 
 Dentro de las técnicas más utilizadas en el estudio de la corrosión sobresalen la 
resistencia a la polarización lineal (LPR) y la impedancia electroquímica. En ambas el 
sistema se perturba por medio de una señal externa de voltaje directo o alterno, 
respectivamente, y se considera la respuesta en corriente para evaluar el comportamiento 
del material [3]. Esto se logra obteniendo por analogía con la ley de Ohm, la llamada 
resistencia de polarización que es inversamente proporcional a la corriente de corrosión 
que, mediante las leyes de Faraday, se puede transformar en pérdida o degradación del 
metal. El método de resistencia de polarización para determinar la velocidad de corrosión 
fue investigado por Mansfield [4] en una extensa publicación en 1976, corrigió los errores 
inherentes en la hipótesis de linealidad, base teórica del método de la resistencia de la 
polarización [5]. Las condiciones teóricas que se deben satisfacer en la medición de la 
resistencia de la polarización y las limitaciones de la aplicabilidad del método en relación a 
las características del electrolito, la cinética de los procesos anódicos y catódicos y la 
condición superficial del metal corrosivo han sido examinadas por Heitz and Schwenk [6]. 
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 Sin embargo cuando se mide una magnitud experimental, el valor de esta puede 
fluctuar en función del tiempo. Normalmente, a estas fluctuaciones se les denomina ruido si 
son interferencias producidas por la instrumentación de medida o por otros sistemas ajenos 
al estudiado y, por tanto, no contienen información acerca del sistema que se pretende 
estudiar. La definición de ruido puede extenderse a fluctuaciones que se producen como 
consecuencia de cambios en el tiempo del estado del sistema estudiado. Cuando dicho 
cambios son de naturaleza electroquímica, originan fluctuaciones de corriente y de 
potencial, que se denominan ruido electroquímico (EN, Electrochemical Noise) [7]. Como 
se mencionó arriba, las señales experimentales que se obtienen en un ensayo de medida del 
ruido electroquímico se registran durante un periodo de tiempo determinado, siendo la 
forma más directa de analizar estos registros mediante su inspección visual. La inspección 
directa de tales registros temporales se realiza a través del registro de las señales temporales 
de dos magnitudes, como la intensidad de corriente, I(t), y el voltaje, V(t). En determinados 
procesos es posible extraer información relativa al sistema estudiado a través de la 
observación directa de estas señales [8], permitiendo distinguir entre procesos de corrosión 
uniforme, corrosión localizada y situaciones de pasividad. 
 El objetivo del presente trabajo fue medir la velocidad de la corrosión de los aceros 
inoxidables del tipo de 304 y 316L empleando técnicas electroquímicas. Para ello se 
desarrolló un sistema virtual en ambiente LabVIEW para las mediciones de ruido 
electroquímico. Una vez desarrollado se realizó la calibración del sistema de ruido 
electroquímico usando la norma ASTM G1.11.04, mediante el diseño de un circuito 
electrónico que aplica un voltaje externo con un generador de corriente con el fin de 
comprobar si existe ruido en las mediciones que se realizan en el sistema. Posteriormente el 
sistema fue verificado en el Instituto de Petróleo de México con un potenciostato Solartron 
Mod. 1280 Multiplexor M a una velocidad de adquisición de datos de hasta 12 puntos/seg. 
Todos los experimentos pueden usar un ilimitado número de datos, limitado sólo por la 
memoria RAM. 
 
Métodos y Materiales 
 Para evaluar la velocidad de la corrosión de los aceros inoxidables en función del 
tiempo se realizó un monitoreo electroquímico. Las probetas de ensayo fueron plaquitas de 
acero inoxidable 304 y 316L SAE de 2.61 cm2. Posteriormente se pulieron hasta la lija de 
1200 micras, a continuación se limpiaron con acetona y secaron a temperatura ambiente. El 
arreglo experimental para la medida del ruido potencial y corriente se muestra en la Figura 
1, la celda contiene una solución de 3.5% de concentración de NaCl. Cabe señalar que estas 
pruebas de ruido electroquímico se realizaron en el Instituto Mexicano del Petróleo. 
 La resistencia de polarización lineal se realizó barridos de potencial de -300 a 300 
mV respecto al potencial natural y a una velocidad de 1 mV/s. Los parámetros de corrosión, 
según la Norma ASTM G5-87, se determinaron mediante las curvas de polarización, 
mostradas en las Figuras 2 y 3. Posteriormente se observaron las probetas por microscopia 
óptica, presentadas en las micrografías de las Figuras 4 y 5. Se observó su comportamiento 
durante 1 hora por la resistencia de polarización lineal. Para estas pruebas se utilizó un 
Potenciostato LPG 03 de la compañía Bank Elektronic Intelligent Controls GMBH. 
 
Material: 
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Electrodos: 
• Material de prueba: Aceros inoxidables 304 y 316L SAE. 
• Electrodo de referencia: Calomel. 
• Electrodo auxiliar: Grafito. 
• Mediciones de prueba: 
• Reposo de prueba: 30 min. 
• Tamaño de probeta: 2.61 cm2. 
• Temperatura: inicial 23° C y final 24° C. 
 
Figura 1. Prueba de ruido electroquímico de un acero inoxidable de tipo 304. 
 
Figura 2. Curva de polarización de un acero inoxidable 304 en una solución de 
3.5% NaCl a temperatura ambiente. 
 
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
LOG i [mA/cm2]
E 
[m
V]
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Figura 3. Curva de polarización de un acero inoxidable 316L en una solución de 
3.5% de NaCl a temperatura ambiente. 
 
 
 
 
 
Figura 4. Micrografías del acero inoxidable 304 inmerso en disoluciones de 1.5% y 3.5% NaCl. 
 
 
 
Figura 5. Micrografías del acero inoxidable 316L inmersoen disolución de 1.5% y 3.5% NaCl. 
 
 Se investigó el comportamiento del acero mediante ruido electroquímico. Para esto 
se utilizó un equipo Solartron Mod. 1280 Multiplexor M Velocidad de adquisición de datos 
de hasta 12 puntos/seg. Todos los experimentos pueden usar un ilimitado número de datos, 
limitado por la memoria RAM. La velocidad mínima de escaneo es de 1 mV/s. Las 
probetas idénticas de acero inoxidables son montadas y separadas entre sí por otras de 
material aislante y en conjunto se montan en una resina, tal y como se muestra en la Figura 
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
LOG i [mA/cm2]
E 
[m
V]
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6; cuando se usan tres probetas y la central no se polariza, esta última puede actuar como 
electrodo de referencia. Con estos dispositivos es posible realizar el trazado completo de las 
curvas de polarización, que anteriormente era imposible [9]. Los parámetros de corrosión se 
determinaron mediante las curvas de polarización obtenidas mediante RPL y el análisis de 
los datos de ruido de corriente generados a partir de la técnica de ruido electroquímico. 
 Para determinar la resistencia en ruido se calculó la desviación estándar del ruido en 
corriente y voltaje de cada corrida y se aplicó la ecuación de Cottis [10]. 
 El ruido electroquímico se obtuvo mediante la adquisición de 4500 datos, 
registrando los valores de potencial y corriente a velocidad de 1 dato/segundo, obteniendo 
series de potencial y de corriente en función del tiempo y calculando la desviación estándar 
promedio para cada serie, con lo cual se puede calcular la resistencia se ruido según la 
siguiente expresión: 
Rn = σV /σI 
 Esta relación de desviaciones ha sido propuesta ya que se observa una buena 
correlación entre los registros de ruido de potencial y corriente y por tanto, las variaciones 
en potencial se pueden considerar como una respuesta del sistema a las variaciones de 
corriente o viceversa. Esta relación se ha utilizado para evaluar la dificultad o facilidad con 
que se da la transferencia de carga a través de la superficie de los electrodos de trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Esquema de la configuración de la celda electroquímica utilizada para las pruebas 
de corrosión mediante el método de ruido electroquímico. 
 
Resultados 
Técnica de ruido electroquímico 
 La figura 7 muestra es un ejemplo de una serie de corriente-tiempo, 
respectivamente, de una probeta de acero inoxidable 304 inmersa en una solución 3.5% de 
NaCl durante de 1.5 horas. El espectro presenta las principales características de las señales 
de ruido de corriente para sistemas que sufren un proceso de corrosión localizada. También 
se observó que las señales de ruido de corriente fueron similares a las señales de voltaje. 
Sin embargo, a diferencia del ruido en voltaje, la dirección de estos tránsitos depende de 
cuál sea el electrodo de trabajo en el que produce el proceso anódico. 
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Figura7. Señal de ruido en corriente durante la prueba de un acero 304 en una solución de 
3.5% de NaCl a temperatura ambiente durante 1.5 horas. 
 
 Las señales de ruido electroquímico de potencial presenta oscilaciones aleatorias 
con algunos transitorios de hasta 20 mV sobrepuestos a la señal base, en la parte media del 
tiempo total de muestreo, disminuye y desapareciendo al final del periodo. De manera 
similar el ruido electroquímico en corriente exhibe oscilaciones aleatorias con una amplitud 
aproximada de 1E-5 mA/cm2 como señal base y transitorios de 2E-5 mA/cm2. Como se 
mencionó, súbitamente se presentaron transitorios a la mitad del periodo de muestreo 
volviendo a su nivel inicial al final de éste. Cabe señalar que únicamente se realizaron 
pruebas del acero inoxidable 304. 
Técnica de resistencia de polarización lineal 
 
 Esta técnica se realizó a temperatura ambiente con una variación de ±1° C de 
temperatura debido a la disipación de corriente en el medio electrolítico. La tendencia de 
las curvas de polarización es anódica en el inicio experimental siendo catódico en gran 
parte del desarrollo del ensayo, lo que determina el transporte de los iones a la superficie 
del material. En tabla 1 se muestra la velocidad de corrosión de los aceros ensayados. 
 
Velocidad de corrosión [mm/año]
Electrolitos 
304 316L 
NaCl 1.5% 0.9603 0.8310 
NaCl 3.5% 1.8759 1.7156 
 
Desarrollo de un Prototipo. 
 Se desarrolló un sistema en el CICATA-Altamira en conjunto con la Universidad 
Autónoma de Tamaulipas para mediciones de ruido electroquímico que está compuesto por 
un electrómetro, un amplificador universal y una tarjeta de adquisición de datos para el 
acondicionamiento y la adquisición de las señales de ruido provenientes de una celda 
electroquímica en la cual se encuentra la muestra a estudiar. La técnica de ruido 
-6.00E-06
-4.00E-06
-2.00E-06
0.00E+00
2.00E-06
4.00E-06
6.00E-06
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tiempo [s]
C
or
rie
nt
e 
[A
]
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electroquímico se basa en el análisis de registros temporales de potencial y corriente 
adquiridos sobre un sistema que evoluciona libremente. Esta técnica brinda información 
sobre la cinética y los mecanismos de procesos de corrosión. Un software escrito en 
LabVIEW permite presentar el sistema como un instrumento virtual para poder realizar, 
pruebas y mediciones, adquisición de datos, búsqueda y análisis, monitoreo y control del 
procesamiento de las señales de corriente y voltaje de ruido provenientes de la muestra y 
que se relacionan con los distintos procesos de corrosión que en ella tiene lugar. El sistema 
permite detectar señales de corriente superiores a los 10nA y de voltajes superiores a los 
100 µV. Se presenta una aplicación del sistema en el estudio de los procesos de corrosión 
que tienen lugar en los metales y aleaciones. Cabe señalar que este prototipo se pudo 
desarrollar con el apoyo económico del proyecto 2006 y otra parte de un proyecto 
autogenerado realizado a PEMEX. 
 
 
Conclusiones 
 Los aceros inoxidables austeníticos 304 mostraron poca resistencia a las picaduras 
en medios que contengan iones de cloruros, siendo mayor la velocidad de corrosión en los 
aceros 304 que en los 316L. 
 El comportamiento de Rp y Rn obtenidas por ambas técnicas, coincide en el 
transcurso del tiempo. Este estudio muestra que la técnica de resistencia de polarización 
lineal para la medición de la velocidad de corrosión en los aceros inoxidables ha resultado 
técnicamente aceptable. Sin embargo, estudios realizados por NACE sobre la velocidad de 
corrosión del acero inoxidable 304 SAE hay variación en sus resultados entre 0.009 y 3.46 
con un promedio de 1.17 mm/año. 
 La resistencia por ruido electroquímico es comparable a la Rp, por lo tanto una vez 
que se obtiene puede emplearse la ecuación de Stern-Geary para calcular la velocidad de 
corrosión [11]. 
 Aunque los resultados son muy optimistas es necesario realizar más ensayos, bajo 
condiciones mejor controladas. 
 La estandarización de la metodología de técnicas electroquímicas para el estudio de 
la corrosión es de gran importancia en actualidad, porque presentan muchas ventajas, como 
rapidez y alta sensibilidad. En este sentido, es importante continuar con aplicación del 
método de ruido electroquímico ya que este método ha demostrado tener características 
muy ventajosas en el estudio de la corrosión especialmente su sensibilidad a cambios en la 
actividad de la corrosión y su capacidad de diferenciar tipos de corrosión localizada. 
 
IMPACTO 
El equipo de RE desarrollado en el CICATA-Altamira tiene especificaciones técnicas 
comparables a los equipos comerciales, lo cual redundará en que las empresas e 
instituciones interesadas podrán contar con un equipode estas características a costos 
reducidos. El beneficio del desarrollo de este prototipo para el sector educativo es 
inmediato al permitir la enseñanza práctica de una de las técnicas electroquímicas de mayor 
sensibilidad y que identifica al mismo tiempo todos los mecanismos que promueven el 
proceso de corrosión de aceros inoxidables. 
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Referencias: 
1. H. S. Khatak y Baldev Raj, editores, Corrosion of Austenitic Stainless Steel-Mechanism, Mitigation and 
Monitoring. ASM International, Narosa Publishing House. Nueva Delhi, India 2002. 
2. Z. Szklarska-Simiaowska, Pitting Corrosion of Metal, National Association of corrosion Engineers, 
Houston, TX, 1996, p. 201. 
3. Baboian R. Electrochemical techniques for corrosion engineering NACE, Texas, 1986, p. 67. 
4. F. Mansfeld, Advances in Corrosion Science and Engineering, Vol. 6, Plrnum, N.Y. 1976, p. 163. 
5. M. Stern and M. Geary, Journal. Electrochemical Society, 56, 1957, 104. 
6. E. Hertz and W. Schwenk, Br. Corrosion Journal, 11, 1976, 74. 
7. J. L. Dawson, Electrochemical Noise Measurement for Corrosion Applications, Ed. ASTM, West 
Conshohocken, EE.UU., 1996, pp. 3-35. 
8. A. Legat y V.Doleeek, Corrosion 51, 4, 1995 p. 295. 
9. Gonzáles J.A. y Otero E., The effects of sulphur dioxide in the corrosion of iron. Br. Corrosion Journal, 
1984, pp. 89-93. 
10. Cottis R. A., Turgoose S. y Mendoza-Flores J. The effects of solution resistance on electrochemical noise 
resistance measurements. ASTM STP 1277, Filadelfia, pp. 93-100. 
11. Stern M. and Weisert E. D. The measurement of corrosion rates. Proc. Am. Soc. Test. Mat. 59, 1959, pp. 
1280-1285.