¿El acero inoxidable reacciona con el aluminio? Corrosión galvánica explicada

Un equipo de mantenimiento de una planta de tratamiento de agua costera reemplazó un soporte de montaje de acero por un equivalente de aluminio y reutilizó los pernos SS304 originales. Diez meses después, los tornillos parecían intactos. El aluminio alrededor de cada agujero de los pernos se había vuelto blanco tiza y se había picado hasta aproximadamente la mitad de su espesor original.

Ese resultado desigual responde directamente a la pregunta. El acero inoxidable reacciona con el aluminio y la reacción es corrosión galvánica. Rara vez daña el acero inoxidable. Consume el aluminio. La importancia en un conjunto determinado se reduce a la humedad, el contacto eléctrico y el tiempo que debe sobrevivir la unión.

La respuesta corta: sí, reaccionan, pero deben concurrir tres condiciones

La corrosión galvánica necesita los tres siguientes a la vez: dos metales con diferentes potenciales electroquímicos, contacto eléctrico directo entre ellos y un electrolito para transportar iones. El electrolito suele ser una película de agua, condensación, niebla salina o aire húmedo que transporta cloruros. Elimine cualquiera de los tres y la reacción se detendrá efectivamente.

Cuando los tres están presentes, el aluminio se sitúa muy por debajo del acero inoxidable en la serie galvánica. En el agua de mar, la brecha potencial entre una superficie pasiva de acero inoxidable y el aluminio es de aproximadamente 0,6 a 0,9 voltios, lo cual es una gran fuerza impulsora según los estándares de los sujetadores. El aluminio se convierte en ánodo y pierde metal. El acero inoxidable se convierte en cátodo y está protegido por el mismo dispositivo que daña a su vecino.

En servicio en interiores secos, una unión de acero inoxidable y aluminio suele ser estable durante décadas. En una atmósfera marina, la misma junta puede mostrar una pérdida visible de aluminio en una sola temporada.

Por qué la reacción apunta al aluminio y respeta el acero inoxidable

La serie galvánica decide qué metal pierde.

La serie clasifica los metales según la facilidad con la que ceden electrones en un entorno determinado. SS316 se encuentra por encima de SS304, y ambos se ubican muy por encima del aluminio. Esa clasificación está fijada por la química más que por el acabado de la superficie, por lo que pulir o pintar el aluminio no cambia qué metal actúa como ánodo.

La proporción de áreas es la regla que la mayoría de la gente sigue al revés

La velocidad de ataque depende en gran medida de la relación entre el área del ánodo y el área del cátodo. Un ánodo pequeño que alimenta un cátodo grande se corroe muy rápidamente, porque la corriente de una superficie catódica grande se concentra en una pequeña porción de metal anódico. La advertencia práctica es la siguiente: un sujetador de aluminio o una delgada lámina de aluminio dentro de una gran estructura de acero inoxidable es el peor de los casos, mientras que un pequeño perno de acero inoxidable en una gran placa de aluminio es el más suave.

La pasivación ayuda al acero inoxidable y no hace nada por el aluminio.

El acero inoxidable se protege con una película de óxido de cromo que se reforma después de un rasguño, razón por la cual los sujetadores en el ejemplo inicial todavía parecían nuevos. El aluminio también forma una capa de óxido y el anodizado la espesa hasta formar una barrera deliberada. Sin embargo, esa barrera es frágil. Los pernos demasiado apretados, los bordes cortados y la rosca lo rompen, y el metal expuesto en esos puntos se convierte en el ánodo para el resto de la superficie recubierta.

Dónde realmente muerde la reacción en la práctica

Un conjunto interior seco y pintado con caras de contacto recubiertas a menudo durará toda la vida útil del equipo sin pérdidas de aluminio mensurables. Los siguientes entornos son donde el daño galvánico se convierte en un costo de mantenimiento.

• Estructuras costeras y marinas, donde la pulverización de cloruro mantiene la junta húmeda y conductora durante gran parte del año.
• Activos viales y ferroviarios expuestos a sales de deshielo, que siguen siendo agresivas incluso con baja humedad.
• Áreas de lavado en plantas de alimentos y bebidas, donde diariamente llega detergente caliente a la articulación.
• Salas de piscinas y plantas químicas, donde los cloruros o ácidos transportados por el aire se condensan sobre el metal frío.
• Juntas permanentemente húmedas o enterradas, donde ningún ciclo de secado interrumpa la corriente.

La firma de la falla es consistente: un gel de óxido de aluminio blanco o gris en la interfaz, roscas atascadas y carga de la abrazadera que cae a medida que el aluminio se consume debajo de la cabeza y la cara de la tuerca. Los sujetadores que se sienten flojos pero que se niegan a girar son un signo clásico de ataque galvánico.

Cómo detener la reacción: primero el aislamiento, después la elección del material

El aislamiento es la solución más confiable porque elimina el contacto eléctrico, una de las tres condiciones que necesita la reacción. Los métodos siguientes están clasificados de mayor a menor eficacia en servicio húmedo.

1. Arandela de hombro aislante más una funda a través del agujero. El manguito mantiene el vástago alejado del orificio de aluminio, la arandela mantiene la cabeza y la tuerca alejadas de la placa y la junta aún soporta la carga completa de la abrazadera. Espere ajustar los valores de torsión, porque el nailon se desliza bajo una carga sostenida.
2. Arandelas de sellado adheridas o sujetadores recubiertos de polímero, que logran un aislamiento similar con menos piezas sueltas.
3. Pastas barrera o selladores aplicados a roscas y debajo de cabezas. Bloquean el electrolito en lugar del contacto, por lo que funcionan bien junto con hardware aislante y mal por sí solos.
4. Anodizado o pintado del aluminio, realizando posteriormente taladros y retoques de los bordes cortados. Esto aumenta la resistencia de la superficie del ánodo pero no elimina el contacto.
5. Diseño para el ánodo. Si el aislamiento no es práctico, utilice sujetadores de aluminio, coloque insertos roscados de acero inoxidable o especifique un área de aluminio mucho más grande para que la densidad de corriente en el ánodo se mantenga baja.
6. Evitando un tercer metal. Una arandela galvanizada entre un perno de acero inoxidable y una placa de aluminio añade otra diferencia potencial a la pila y hace que el resultado sea más difícil de predecir.

Dos reglas se encuentran por encima de todas ellas. Mantenga la junta seca, con vías de drenaje y sin trampas de agua alrededor del sujetador. Y nunca asuma que un perno sin tratar es inofensivo mientras el resto de la unión está aislada, porque un solo camino conductor es suficiente para que funcione todo el par. Para distribución de carga en lugar de aislamiento eléctrico, arandelas planas Todavía vale la pena colocarlos debajo de las cabezas y las tuercas, ya que distribuyen la carga de la abrazadera y reducen la posibilidad de agrietar una superficie anodizada dura.

Cuando la vibración afloja un conjunto de aluminio, tuercas autoblocantes ayuda a mantener la precarga sin agregar un metal agresivo a la pila.

Elegir herrajes inoxidables para estructuras de aluminio.

La selección de calificaciones debe seguir el entorno. SS304 maneja cómodamente juntas de aluminio interiores, interiores y de servicio en seco. SS316 es la mejor opción cerca de agua salada, en plantas químicas y en cualquier lugar donde haya cloruros presentes, porque su contenido de molibdeno retrasa la picadura. La diferencia de precio es pequeña comparada con el costo de reemplazar un conjunto corroído. Si está sopesando las calificaciones para una estructura específica, esta comparación de Pernos hexagonales de acero inoxidable 304 y 316. explica dónde se amortiza el contenido adicional de aleación.

Los marcos y soportes de aluminio atornillados suelen utilizar pernos de cabeza hexagonal SS304 DIN933 de M6 a M24 con tuercas a juego, porque estos estándares emparejados son fáciles de conseguir y reordenar en tamaños mixtos.

Pernos de cabeza hexagonal SS304 DIN933 M10 para marcos Un perno hexagonal M10 de acero inoxidable en dimensiones DIN933 con marcado A2-70 y longitudes de 16 a 200 mm, adecuado para uniones atornilladas de marcos y soportes de aluminio. Ver producto →

Tuercas hexagonales SS304 DIN934 M10 Una tuerca hexagonal de rosca gruesa M10 de acero inoxidable en dimensiones DIN934 con marca A2-70, combinada con pernos SS304 DIN933 para una sujeción segura en las juntas del marco. Ver producto →

Para sitios con alto contenido de cloruro, la misma junta especificada en el hardware SS316, o en SS304 con aislamiento total, brinda una resistencia a las picaduras notablemente mejor durante una larga vida útil.

Errores de instalación que acortan la vida útil de las juntas

La mayoría de las fallas prematuras en las juntas de acero inoxidable y aluminio se deben a la instalación más que a la selección del material.

• Apriete excesivo. El exceso de precarga agrieta la capa anodizada o el revestimiento debajo de la cabeza y expone el aluminio desnudo en el punto de mayor tensión.
• Colocación de tornillos autorroscantes de acero inoxidable en aluminio grueso sin orificio guía. La rosca atraviesa la película de óxido, genera calor y puede dañar el tornillo en su lugar.
• Dejar virutas de acero inoxidable o residuos de cepillos de alambre en la superficie de aluminio. Las partículas incrustadas se convierten en pequeños cátodos que pican el metal circundante.
• Saltarse el aislamiento en uno o dos sujetadores porque parecen protegidos. Un único camino conductor reinicia la pareja.
• Combinación de pernos de acero inoxidable con tuercas y arandelas galvanizadas sobre una placa de aluminio, lo que crea una pila impredecible de tres metales.

Una breve verificación previa al ensamblaje cubre la mayoría de estos: confirme el tamaño del orificio piloto, verifique que cada sujetador en un lugar húmedo tenga un manguito aislante y una arandela, y ajuste el torque contra el hardware aislante en lugar de la especificación de metal desnudo.

El acero inoxidable y el aluminio no son una combinación imposible. En conjuntos secos, interiores y bien recubiertos, la reacción galvánica es lo suficientemente lenta como para ignorarla. En servicio húmedo, salado o químicamente agresivo, es lo suficientemente rápido como para destruir el lado de aluminio de una junta en un par de temporadas, incluso cuando los sujetadores de acero inoxidable todavía parecen nuevos.

La regla de trabajo es sencilla. Si la junta alguna vez se moja y el aluminio es el miembro estructural, aíslelo con un manguito y una arandela aislante, séllelo contra agua estancada y especifique un grado como SS316 donde haya cloruros presentes. Si el conjunto permanece seco, los mismos herrajes de acero inoxidable generalmente durarán más que la máquina que mantiene unida.