¿Qué es la corrosión galvánica?

¿Qué es la corrosión galvánica?

La corrosión galvánica es la corrosión acelerada que se produce cuando dos metales distintos están en contacto eléctrico en presencia de un electrolito, normalmente agua con sales disueltas. La combinación forma una celda galvánica, en la práctica una pequeña pila, en la que un metal se ve obligado a corroerse más deprisa de lo que lo haría solo, mientras el otro queda protegido. (TWI)

Los distintos potenciales de electrodo en el entorno real impulsan la corriente galvánica. Este artículo se centra en pares de metales distintos. Un solo metal también puede desarrollar zonas anódicas y catódicas locales por diferencias de acceso al oxígeno o de estado superficial; por tanto, utilizar un único metal no excluye otras formas de corrosión electroquímica.

El fenómeno también se denomina corrosión bimetálica o corrosión de contacto. Es una de las causas más habituales del envejecimiento prematuro de estructuras exteriores, especialmente en infraestructuras que unen metales distintos: barandillas, columnas, fijaciones, conexiones de cables y luminarias. Lo insidioso es que cada metal puede ser perfectamente adecuado por separado; es la combinación la que crea el problema. Un tornillo inoxidable y una pieza de aluminio funcionan bien por separado, pero juntos en aire húmedo cargado de sal se convierten en una celda de corrosión.

¿Cómo se produce la corrosión galvánica?

Para comprender el mecanismo, lo más sencillo es seguir lo que ocurre en la celda. Se producen cuatro fenómenos simultáneos e interdependientes:

• La oxidación se produce en el ánodo. El metal menos noble libera electrones y pasa a la solución en forma de iones. Para el aluminio y el hierro, respectivamente: Al → Al³⁺ + 3e⁻ y Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. Aquí es donde se pierde material realmente.
• Los electrones viajan a través del contacto metálico del ánodo al cátodo. Sin una conexión conductora entre los metales no hay camino para los electrones ni celda.
• La reducción se produce en el cátodo. En agua neutra y aireada, se reduce el oxígeno disuelto: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻. El cátodo consume los electrones liberados por el ánodo, pero el propio metal del cátodo no se degrada.
• Los iones cierran el circuito a través del electrolito. Los iones positivos y negativos se desplazan por el líquido y completan el circuito. Aquí intervienen la humedad y la sal.

La corriente que circula se denomina corriente de corrosióny mide directamente la velocidad a la que se degrada el ánodo. Lo que impulsa la corriente es la diferencia de potencial entre los metales: sus distintas tendencias a liberar electrones. Igual que la tensión de una pila: cuanto mayor es la diferencia, con más fuerza impulsa la celda su propia corrosión.

Las tres condiciones en la práctica

Todo el mecanismo puede resumirse en tres condiciones que deben cumplirse simultáneamente. Esta es también la clave para prevenirlo: basta eliminar una condición para que la celda no pueda formarse.

La serie galvánica

Qué metal se convierte en ánodo y cuál en cátodo depende de su posición en la serie galvánica — una clasificación de los metales según su nobleza en un electrolito determinado, normalmente agua de mar. El metal más noble (más arriba) se convierte en cátodo y queda protegido. El menos noble (más abajo) se convierte en ánodo y se sacrifica.

El orden anterior es simplificado. La posición real depende de la aleación, la temperatura, el contenido de oxígeno y la película pasiva. Un detalle importante: el acero inoxidable es noble solo mientras su película pasiva de óxido está intacta. En una rendija con escasez de oxígeno, donde la película pasiva no puede regenerarse, el mismo acero inoxidable puede volverse considerablemente menos noble (activo) y comportarse de forma muy distinta. Por tanto, la serie galvánica (medida en un electrolito real) no debe confundirse con la serie electroquímica pura (FEM) de potenciales estándar, que no tiene en cuenta la pasivación.

¿Qué metales se corroen primero?

Siempre es el metal menos noble del par el que se sacrifica. En la práctica, esto significa que el aluminio y el zinc se corroen al acoplarse con acero inoxidable o cobre, ya que estos últimos son más nobles. El magnesio es tan poco noble que se sacrifica frente a casi cualquier material: una propiedad que se aprovecha deliberadamente en los ánodos de sacrificio (más adelante). La cuestión es que un metal no es «propenso a la corrosión» por sí mismo; es su posición respecto al otro metal la que decide.

Por qué el agua salada y los entornos costeros aceleran la corrosión

El agua pura conduce mal la electricidad. En cuanto contiene sales disueltas —sobre todo cloruros de sal marina y sal de deshielo—, su conductividad aumenta drásticamente. Una mayor conductividad implica una corriente de corrosión mayor y, por tanto, una degradación más rápida del ánodo. Ese es el primer efecto y el más importante.

El segundo efecto es al menos igual de importante: los cloruros destruyen las películas pasivas. Metales como el aluminio y el acero inoxidable están normalmente protegidos por una película de óxido fina y autorreparable. Los iones de cloruro penetran localmente en esta película e inician corrosión por picaduras — ataques localizados que penetran en el material. En una celda galvánica, ambos efectos se refuerzan mutuamente.

Los entornos costeros, portuarios, marinos y expuestos a sales de deshielo pueden aumentar el riesgo de corrosión galvánica por una mayor acumulación de sal, periodos de humectación más largos y ciclos recurrentes de temperatura y humedad. La presencia y la conductividad del electrolito varían con la humedad, la concentración de sal, la temperatura, el drenaje y el secado; no siempre está presente ni tiene la misma conductividad. La velocidad de corrosión también depende de la combinación de materiales, la aleación, la relación de áreas entre ánodo y cátodo, la geometría de la unión y la exposición real. ISO 12944-2:1998 utilizaba C5-M para una corrosividad atmosférica marina muy alta, mientras que ISO 12944-2:2017 utiliza C5 y CX. Estas categorías describen la corrosividad de los entornos atmosféricos en el ámbito de la protección de estructuras de acero mediante sistemas de pintura protectora; no son clases de luminarias, certificaciones de producto ni métodos de ensayo. Más información sobre el significado de estas denominaciones y la documentación necesaria en IP66, IK10 y C5-M. (ISO 12944-2:2017)

La relación de áreas: ánodo pequeño, cátodo grande

Uno de los factores peor comprendidos es la geometría. No solo importa qué metales entran en contacto, sino el tamaño relativo de sus superficies. La corriente de corrosión impulsada por el cátodo debe ser absorbida por el ánodo. Si el ánodo es pequeño, toda la corriente se concentra en un área reducida: la densidad de corriente aumenta y el material se consume muy deprisa justo allí.

Un ánodo pequeño expuesto, acoplado a un cátodo grande, puede experimentar una densidad de corriente de corrosión elevada y una pérdida de material concentrada. Un ánodo mayor respecto al cátodo suele ser más favorable, pero no garantiza un ataque lento o superficial. El electrolito, la pasividad, el acceso al oxígeno y la geometría de la unión afectan al resultado.

Esto da lugar a una regla sencilla de diseño: si deben combinarse metales distintos, las fijaciones (las piezas pequeñas) deben ser del metal más noble . Los tornillos inoxidables en una estructura de aluminio son una combinación manejable: el cátodo pequeño limita la velocidad. En cambio, los tornillos de aluminio en una estructura inoxidable son un error clásico de diseño, porque el ánodo pequeño se consume rápidamente.

Corrosión galvánica en alumbrado público e infraestructuras

Las infraestructuras exteriores contienen numerosas combinaciones de metales y, por tanto, posibles celdas galvánicas. Las columnas y luminarias permanecen al aire libre día y noche, todo el año, a menudo precisamente en los entornos costeros y viarios donde hay sal. Algunos puntos de riesgo habituales:

• Fijaciones: tornillos y pernos inoxidables en carcasas o columnas de aluminio: la combinación más habitual y una fuente constante de corrosión local alrededor de las fijaciones.
• Unión de columna y base y puertas de registro: metales distintos en puertas de columnas, dispositivos de puesta a tierra y fijaciones donde se acumulan lluvia y sal de deshielo.
• Conexiones de cables: el cable de cobre conectado directamente al aluminio (uniones Al/Cu) es conocido por la corrosión galvánica combinada con acumulación de óxido. Degrada el contacto, aumenta la resistencia y puede provocar calentamiento e interrupciones.
• Puertos, puentes, industria e infraestructura marina: entornos con exposición constante a la sal, donde cada transición entre metales constituye una posible celda.

Lo que tienen en común es que la corrosión rara vez aparece en el centro de una superficie uniforme, sino precisamente en las transiciones: donde confluyen dos materiales y, a menudo, una bolsa de humedad. También suele ser donde una luminaria o columna empieza a mostrar antes su envejecimiento. Más sobre los mecanismos subyacentes en Por qué se corroen las carcasas de las luminarias.

Aluminio frente a acero inoxidable

El acero inoxidable en estado pasivo es claramente más noble que el aluminio. Por tanto, el aluminio se convierte en ánodo y se sacrifica. La combinación es muy habitual —fijaciones inoxidables en estructuras de aluminio— y funciona de forma aceptable mientras el inoxidable (cátodo) sea pequeño respecto al aluminio. Sin embargo, en entornos salinos el ataque se acelera alrededor de los tornillos y se necesita aislamiento o sellado para una durabilidad a largo plazo.

Aluminio frente a acero galvanizado

El acero galvanizado tiene una superficie de zinc, menos noble que el aluminio. Al principio, por tanto, la combinación es relativamente favorable: el zinc se sacrifica y se corroe primero, protegiendo tanto al acero como al aluminio. El riesgo aparece después: una vez consumida la capa de zinc, solo queda expuesto el acero, que es más noble que el aluminio. La situación se invierte y el aluminio empieza a sacrificarse. Así, la combinación es mejor de lo que muchos suponen a corto plazo, pero debe seguir vigilándose a largo plazo.

Aluminio frente a cobre

El cobre es considerablemente más noble que el aluminio y la diferencia de potencial es grande. Esto convierte la combinación en una de las más agresivas en la práctica electrotécnica. El aluminio conectado directamente al cobre —especialmente en conexiones eléctricas exteriores— se corroe rápidamente y el ataque suele combinarse con un óxido aislante que degrada el contacto eléctrico. Por tanto, deben evitarse las conexiones directas Al/Cu o realizarse con transiciones y compuestos de unión especiales.

Cómo se previene la corrosión galvánica

Como la corrosión galvánica requiere tres condiciones simultáneas, basta eliminar una de ellas para detener el proceso. Esto ofrece varias estrategias posibles, que a menudo se combinan:

Los ánodos de sacrificio merecen un comentario propio porque el principio es muy claro. En embarcaciones, calentadores de agua y estructuras de acero marinas se instalan bloques de zinc, aluminio o magnesio. Estos se convierten deliberadamente en la superficie más anódica del sistema y se sacrifican, mientras quedan protegidos el casco, la hélice o el depósito. El ánodo se sustituye periódicamente: es una pieza consumible. Es la corrosión galvánica utilizada en beneficio propio.

Por qué los materiales eléctricamente aislantes eliminan la corrosión galvánica

El SMC de fibra de vidrio eléctricamente aislante no actúa como electrodo en un par galvánico. Los composites conductores, incluidos los de fibra de carbono, pueden acoplarse galvánicamente con metales. Los accesorios metálicos de una carcasa de SMC siguen requiriendo su propia evaluación de compatibilidad. (TWI)

El aislamiento eléctrico completo interrumpe el circuito galvánico mientras se mantenga intacto. Las arandelas, los casquillos y los recubrimientos deben diseñarse y comprobarse de modo que ninguna otra conexión conductora los puentee. Una carcasa aislante excluye a la carcasa del par, pero no protege automáticamente todos los componentes metálicos del conjunto.

Ideas erróneas habituales

• «El inoxidable nunca se oxida». El inoxidable puede sufrir corrosión por picaduras y en rendijas en entornos con cloruros y, como cátodo noble, también puede acelerar la corrosión de metales adyacentes menos nobles.
• «El aluminio no forma herrumbre, así que no se corroe». El aluminio no forma herrumbre (que es óxido de hierro), pero sí se corroe: forma óxido de aluminio y sufre picaduras, especialmente por acción galvánica y en presencia de sal.
• «La corrosión galvánica es lo mismo que la herrumbre habitual». No. La herrumbre es la oxidación del hierro. La corrosión galvánica es un mecanismo que puede afectar a metales que no forman herrumbre.
• «Solo importa la calidad del metal». La combinación y la geometría (la relación de áreas) son al menos tan importantes como la calidad de cada metal.
• «La pintura lo resuelve todo». Un defecto en el recubrimiento del lado anódico puede dejar un ánodo pequeño expuesto y acoplado a un cátodo grande, concentrando el ataque. La ubicación del recubrimiento, su continuidad y el aislamiento eléctrico deben evaluarse conjuntamente. (TWI)

Resumen

La corrosión galvánica no es un defecto del material, sino un proceso electroquímico previsible. Se produce cuando dos metales distintos están conectados eléctricamente en un electrolito común y el metal menos noble se sacrifica. La sal y la humedad la aceleran, la geometría determina dónde y con qué intensidad actúa y siempre puede prevenirse eliminando una de las tres condiciones.

Preguntas frecuentes

Fuentes y lecturas complementarias

• TWI — ¿Qué es la corrosión galvánica y cómo puede prevenirse?
• TWI — Nuevos recubrimientos de fijaciones frente a la corrosión en uniones de materiales distintos
• ISO 12944-2:2017 — Pinturas y barnices — Protección de estructuras de acero frente a la corrosión mediante sistemas de pintura protectora — Parte 2: Clasificación de ambientes