¿El acero inoxidable corroe el aluminio? La corrosión galvánica explicada para ingenieros

Un perno de acero inoxidable convertido en un soporte de aluminio parece una elección sensata: ambos metales resisten el óxido, ninguno necesita pintura y la junta debe durar más que la máquina que la rodea. Luego pasa un verano costero o una temporada de limpieza y el aluminio alrededor del orificio del perno se cubre con una pasta blanca y calcárea, las roscas se sienten sueltas, mientras que la parte de acero inoxidable todavía parece nueva. No pasa nada con el sujetador. El aluminio se ha consumido como ánodo de una celda galvánica que creaba la propia unión.

Ese mecanismo responde a la pregunta detrás de esta página. El acero inoxidable no corroe químicamente el aluminio, pero una pieza de acero inoxidable en contacto directo con el aluminio puede hacer que el aluminio se corroa mucho más rápido de lo que lo haría por sí solo, a veces en cuestión de meses.

La respuesta corta: el aluminio se corroe, el acero inoxidable no

Cuando el aluminio y el acero inoxidable se tocan en presencia de humedad, forman un par galvánico. Un metal se convierte en ánodo y pierde material; el otro se convierte en cátodo y está protegido. En esta combinación, el aluminio es siempre el ánodo, porque en la serie galvánica se sitúa muy por debajo del acero inoxidable.

La fuerza impulsora es la diferencia en el potencial de corrosión. En el agua de mar, las aleaciones de aluminio se sitúan entre -0,75 V y -0,90 V frente a un electrodo de calomelanos saturado, mientras que los aceros inoxidables 304 y 316 pasivados se sitúan entre -0,05 V y 0,10 V. Esa brecha de aproximadamente 0,6 V a 0,8 V está muy por encima del umbral de 0,25 V que los ingenieros suelen utilizar para señalar un riesgo galvánico, por lo que esta combinación se trata como algo serio y no cosmético. preocupación.

Tres condiciones deben alinearse antes de que algo suceda

La corrosión galvánica no es automática. Los tres de los siguientes deben estar presentes al mismo tiempo:

1. Una diferencia de potencial lo suficientemente grande como para impulsar la corriente entre los dos metales.
2. Contacto eléctrico, ya sea contacto directo metal con metal o contacto a través de una película líquida conductora.
3. Un camino continuo de electrolito que une ambas partes: condensación, lluvia, agua de lavado, espuma de mar o una película de sal húmeda.

Elimina cualquiera de los tres y la reacción se detiene. Las juntas interiores secas en edificios con aire acondicionado, donde no hay cloruros presentes, a menudo sobreviven durante décadas con manchas ligeras como máximo. Las juntas de campo fallan más rápido debido al ciclo húmedo y seco: cada ciclo de secado concentra cloruros en la grieta debajo de la cabeza de un perno o arandela, y cada ciclo de humectación reinicia la corriente en una concentración más alta que antes.

Los factores que deciden qué tan mal se pone

Dos uniones idénticas de aluminio y acero inoxidable pueden diferir en un orden de magnitud en su vida útil. La siguiente tabla muestra lo que realmente mueve el resultado.

Observe lo que falta en esa lista: la marca o el precio del sujetador. Un perno de acero inoxidable de primera calidad no reduce el riesgo galvánico y, en algunos casos, lo aumenta ligeramente.

Por qué un mejor sujetador de acero inoxidable puede empeorar la unión

El acero inoxidable se protege con una película de óxido de cromo que se vuelve a formar a los pocos segundos de ser rayado. Esa misma película convierte al metal en un cátodo eficiente: cuanto más resistente a la corrosión es el acero inoxidable, más parecido se comporta a un electrodo inerte y más corriente galvánica empuja hacia el aluminio. En una unión de metales mixtos, el aluminio se sacrifica, mientras que la parte de acero inoxidable muestra sólo un depósito blanco o gris y cierta decoloración debido a los productos de corrosión del aluminio.

Se siguen dos consecuencias. El daño es invisible en la pieza que la mayoría de la gente inspecciona, y la grieta entre la cabeza del perno, la arandela y la superficie de aluminio atrapa cloruros al tiempo que limita el oxígeno, por lo que el aluminio se perfora localmente y la junta puede perder fuerza de sujeción sin ningún signo externo obvio.

La selección del grado importa menos para la propia pareja que para la propia supervivencia del acero inoxidable. La diferencia potencial entre el aluminio y el 304 es casi la misma que entre el aluminio y el 316, por lo que la actualización no elimina el riesgo; evita que el sujetador se pique con cloruros, lo que mantiene el área del cátodo predecible. Comparando Pernos hexagonales de acero inoxidable 304 y 316. antes de especificar el servicio costero o de lavado vale la pena los veinte minutos.

Cinco formas de romper la celda galvánica

La prevención significa interrumpir una de las tres condiciones, y las opciones prácticas se clasifican aproximadamente en este orden de efectividad:

• Aislar los metales. Las arandelas, manguitos y casquillos de nailon, PTFE, EPDM o plástico reforzado con fibra mantienen el aluminio y el acero inoxidable fuera del contacto eléctrico. Una simple arandela de acero inoxidable no aísla nada; solo agranda el cátodo.
• Cubra el lado de aluminio. La anodización, la conversión de cromato, el recubrimiento en polvo o un sistema de imprimación evitan que el ánodo quede expuesto. Recubrir la pieza de acero inoxidable es menos útil porque no es necesario que el cátodo se corroa para que el par funcione.
• Sellar y drenar la junta. Un sellador de silicona o poliuretano de curado neutro mantiene el electrolito fuera de la interfaz y un camino de drenaje evita que el agua se acumule. No confíe únicamente en el sellador cuando la junta esté sumergida o rociada continuamente.
• Controla la proporción del área. Cuando el contacto sea inevitable, mantenga el ánodo de aluminio grande y el cátodo de acero inoxidable pequeño. Se aceptan unos cuantos tornillos de acero inoxidable en una placa grande de aluminio; Los pequeños remaches de aluminio en una hoja grande de acero inoxidable no lo son.
• Acepte un material de sacrificio cuando se planifique el servicio. Los sujetadores galvanizados son anódicos al aluminio y lo protegerán, a costa de consumir el recubrimiento y eventualmente oxidarse. Esa compensación se adapta a equipos de corta duración con mantenimiento programado, no a una estructura instalada permanentemente.

Dónde fallan estas uniones en instalaciones reales

Estructuras de montaje solar

Los rieles de aluminio y los marcos de los módulos sujetos con pernos de acero inoxidable son estándar en los arreglos de montaje en techo y en el suelo. Las juntas tierra adentro generalmente envejecen bien, pero las zonas costeras, los sitios agrícolas con amoníaco y polvo y los lugares con mucho rocío muestran un producto de corrosión blanco alrededor de los pernos de sujeción después de dos o tres años. Las arandelas aislantes en la interfaz entre riel y abrazadera y las ranuras de drenaje en el extremo inferior de cada riel resuelven la mayor parte del problema.

Hardware marino y offshore

Las superestructuras, pasamanos y accesorios de cubierta de aluminio suelen atornillarse con sujetadores de acero inoxidable. En este caso, la base es acero inoxidable 316 o de aleación superior, el aluminio debe ser de grado 5xxx o 6xxx y la junta debe cubrirse con un sellador con una almohadilla aislante. Cuando los niveles de cloruro son altos y los intervalos de inspección largos, una tuerca hexagonal M10 según DIN 934 en grado 316 es una opción común.

Tuercas hexagonales SS316 DIN934 M10 Para superestructuras de aluminio y accesorios de cubierta, esta tuerca SS316L M10 DIN934 coincide con la tuerca hexagonal de grado 316 comúnmente especificada para juntas ricas en cloruro. Ver producto →

Fachadas, ventanas y barandillas

Los marcos de ventanas de aluminio, los soportes para muros cortina y los pasamanos se fijan frecuentemente con tornillos y anclajes de acero inoxidable. La lluvia, las sales de deshielo a nivel de la calle y la condensación interior suministran el electrolito. Los fallos aparecen primero como manchas en el aluminio y como fijaciones sueltas en las secciones inferiores de la fachada, donde se acumula el agua.

Qué poner en la orden de compra

Un proveedor de elementos de fijación sólo puede controlar el metal que envía, por lo que la especificación debe cubrir toda la junta. Cuatro líneas pertenecen al pedido para cualquier conjunto de aluminio-inoxidable, por ejemplo tornillos de cabeza hexagonal SS304 según DIN 933, tuercas hexagonales SS316 según DIN 934, arandelas planas SS304 según DIN 125 o varillas roscadas SS304 según DIN 975:

• Grado, material y estándar para cada pieza, para que los pernos, tuercas y arandelas coincidan.
• Aislar los componentes enumerados por separado, con material, dureza y grosor, para que lleguen como un kit en lugar de obtenerse más tarde.
• Acabado de aluminio, incluyendo clase de anodizado y espesor, más el tipo de sellador aprobado para la interfaz.
• Documentación e inspección: certificados de materiales, datos de ensayos de recubrimientos e inspección conjunta del primer año en el plan de mantenimiento.

Pernos de cabeza hexagonal SS304 DIN933 M10 Para ensamblajes de aluminio a acero inoxidable, este perno hexagonal SS304 DIN933 M10 es una línea de sujetadores específica, disponible en longitudes de 16 mm a 200 mm. Ver producto →

Los compuestos antiagarrotamiento merecen una línea aparte. Las pastas a base de cobre y grafito son catódicas con respecto al aluminio y acelerarán el ataque dentro de una rosca, por lo que un producto con carga cerámica o a base de PTFE es la opción más segura para roscas de aluminio.

La conclusión honesta es que el acero inoxidable no corroe el aluminio, pero sí lo corroe. La pieza de acero inoxidable no está defectuosa y ninguna cantidad de pulido o mejora cambiará la electroquímica. Lo que cambia el resultado es el aislamiento, el drenaje, el revestimiento y la disciplina para mantener la arandela aislante en la junta, decisiones que son más económicas en la etapa de dibujo y más costosas después de la primera temporada de servicio.