Corrosión en Grietas del Titanio: Comportamiento y Cómo Diseñar en Contra de Ella

La corrosión por grietas es un ataque localizado dentro de un espacio estrecho. El espacio puede estar incorporado en el conjunto: una cara de brida, una cara de junta, la unión laminada entre un tubo y una placa de tubos, la cara de contacto bajo la cabeza de un perno o un remache, o puede ser creado en servicio, por escamas o depósitos que se asientan en la superficie y protegen el metal debajo de ellos.

La práctica temprana asumía que el titanio simplemente no sufría corrosión por picaduras en agua de mar o niebla salina. La experiencia en el campo refutó eso: se han reportado fallas en equipos en servicios con cloruros calientes como intercambiadores de calor de agua de mar, en cloro húmedo (en condensadores tubulares, por ejemplo), en soluciones de ácido clorhídrico inhibidas con oxidantes, y en soluciones de ácido fórmico y oxálico.

Qué determina si sucede

La susceptibilidad depende de la temperatura del servicio, de las especies y concentración de cloruros, del pH, y del tamaño y la geometría de la ranura. Un hallazgo vale la pena señalar desde el principio porque es contraintuitivo: una ranura formada entre titanio y un no metal como PTFE o material de junta tipo asbesto es más más susceptible que una grieta formada entre titanio y titanio.

Los seis comportamientos que importan en el diseño

1. Siempre hay un período de incubación

La corrosión por fisuras no comienza en el momento en que la planta es puesta en marcha; tiene un período de incubación, y la duración de ese período depende de la misma lista de variables: temperatura, especies de cloruro y concentración, concentración de oxidante, el material en contacto con el titanio, pH y geometría de la grieta.

En la solución de cloruro de sodio la tendencia es consistente: cuanto mayor es la concentración de cloruro, mayor es la temperatura y menor el pH, más corto es el período de incubación; es decir, mayor es la susceptibilidad.

2. La solución dentro del hueco no es la solución a granel

Una vez que una grieta está activa, la química en su interior se desvía notablemente de la del conjunto. El oxígeno se agota, las concentraciones de cloruro e iones de hidrógeno aumentan, y el pH interno puede caer por debajo 1. El potencial del electrodo dentro del espacio cambia en dirección negativa, lo que impulsa al titanio allí hacia el estado activo.

La medición electroquímica de los haluros proporciona un orden claro del potencial de corrosión por hendidura: Cl⁻ < Br⁻ < Yo⁻. Por lo tanto, el titanio es más susceptible en cloruros. Tenga en cuenta que esto es el opuesto del orden de la corrosión por picaduras — un detalle que vale la pena recordar cuando una evaluación de corrosión se basa únicamente en datos de picaduras.

3. El ataque es local, no general

La corrosión por grietas en el titanio normalmente ocurre en puntos localizados en la cara de la grieta en lugar de uniformemente a lo largo de toda la superficie. Una vez que termina el período de incubación —una vez que la corrosión se ha “nucleado”— un mecanismo autocatalítico toma el control y la penetración procede rápidamente, terminando en una perforación local en lugar de un adelgazamiento gradual de la pared.

Por eso la corrosión por grietas se descubre tan a menudo tarde. No hay una pérdida gradual de sección que monitorear; la pared está intacta hasta que deja de estarlo.

4. El hidrógeno se absorbe junto con la corrosión

El proceso suele ir acompañado de absorción de hidrógeno. Bajo examen metalográfico, se pueden ver hidrudos aciculares en el titanio. A medida que aumenta el contenido de hidrógeno, los hidrudos se acumulan en la superficie y la velocidad de corrosión se acelera en toda la superficie.

El hidrógeno también se difunde hacia el interior, y los hidruros precipitados allí pueden actuar como sitios de iniciación para la corrosión por esfuerzo, lo que lleva a la formación de grietas bajo estrés aplicado. Por lo tanto, un problema de corrosión por hendidura puede escalar hasta convertirse en un problema de agrietamiento.

5. El mecanismo funciona en dos etapas

La imagen física está bien establecida y se divide en un período de incubación y un período de disolución activa.

Al inicio de la incubación, las reacciones dentro y fuera de la grieta son las mismas. La reacción catódica consume el oxígeno disuelto en la solución de la grieta. Una vez que el oxígeno en la grieta se agota, la reacción catódica continúa solo en el exterior, mientras que dentro de la grieta domina la reacción anódica — disolución del titanio.

A medida que los iones de titanio se acumulan en el interior, los iones de cloruro migran para mantener el equilibrio de carga. Los iones de titanio se hidrolizan, formando un producto de corrosión blanco: hidróxido de titanio, que al deshidratarse se identifica como TiO₂. La hidrólisis reduce aún más el pH interno, lo que a su vez descompone aún más la película pasiva. Este es el ciclo autosostenible que hace que la transición de la incubación a la penetración rápida sea tan abrupta.

6. La geometría debe establecerse mediante prueba

Los factores geométricos son la longitud de la hendidura, el ancho de la hendidura y la proporción del área dentro de la hendidura respecto al área fuera de ella. Estos valores generalmente tienen que ser determinados mediante pruebas para el sistema específico; no son confiablemente predecibles a partir de la teoría.

Un hallazgo práctico sí se aplica a todos los sistemas: las grietas estrechas son mucho más susceptibles que las anchas, y anchuras de las grietas por debajo de aproximadamente 0,5 mm son el rango clásico de problemas. Una articulación que se puede abrir hasta un hueco genuino a menudo ya no representa un riesgo de corrosión en grietas.

Cómo reducir la susceptibilidad

Cuando el entorno se está deteriorando o no se puede evitar la geometría de la unión, se puede cambiar el material. Las adiciones de aleación mejoran el titanio comercialmente puro en la reducción de ácidos inorgánicos y en la resistencia a la grieta: Ti-Pd y Ti-Ni-Mo ambas aleaciones superan a la pureza comercial, siendo Ti-Pd la más eficaz de las dos.

Los tratamientos superficiales ofrecen una segunda vía. Se ha demostrado que el recubrimiento de paladio en la ubicación de la grieta, la oxidación térmica y la oxidación anódica mejoran la resistencia a la corrosión en grietas.

En términos de diseño, vale la pena declarar la jerarquía claramente: eliminar la grieta — luego mejorar la aleación — luego tratar la superficie. Un cambio de geometría no cuesta nada en la etapa de dibujo y es la única medida que aborda directamente el mecanismo.

Dónde aparece esto en la práctica

Las fallas reportadas en el clúster de servicio se encuentran en un conjunto reconocible de equipos: intercambiadores de calor de agua de mar, condensadores tubulares de cloro húmedo y servicio de ácido donde está presente un inhibidor de oxidante. Las caras de las bridas y las uniones enrolladas de tubo a placa de tubo son los lugares recurrentes.

Si su equipo entra en una de esas categorías, indíquenos la temperatura de servicio, el nivel de cloruros, el pH y el detalle de la junta al solicitar un presupuesto. Preferimos cotizar una junta que dure a suministrar material que cumpla con la especificación y falle en la unión.