Tecnologías de protección y corrosión superficial para materiales en ambientes hostiles: corrosión y protección en condiciones atmosféricas marinas

Los materiales avanzados constituyen la base y la garantía para lograr un alto rendimiento, alta confiabilidad, diseño liviano y miniaturización en equipos-de vanguardia, como sistemas de energía nuclear, barcos, vehículos de lanzamiento, satélites y vehículos aeroespaciales. Con la implementación de importantes proyectos estratégicos-que incluyen ingeniería marina, estaciones espaciales, exploración-del espacio profundo, vehículos de lanzamiento-de carga pesada, grandes aeronaves, sistemas de transporte espacial-terrestre y energía nuclear,-se requiere cada vez más que los componentes clave funcionen de manera confiable durante largas vidas útiles en condiciones extremas como alta velocidad, alta temperatura, alta presión, cargas pesadas, medios corrosivos y radiación. En estas duras condiciones de servicio, la corrosión y el desgaste de los materiales son los principales mecanismos de falla y se han convertido en importantes obstáculos que limitan el desarrollo de equipos de alta-.

En los últimos años, se han llevado a cabo extensas investigaciones internacionales en cuatro áreas principales: corrosión y protección, reducción de la fricción y lubricación, resistencia al desgaste y fortalecimiento de superficies, y reparación y remanufactura. Los estudios se han centrado en los mecanismos de corrosión y las tecnologías de protección para atmósferas marinas, entornos de aguas profundas-, regiones de mesetas frías y entornos de radiación nuclear. Paralelamente, industrias como la aeroespacial y la perforación geológica han avanzado en tecnologías de lubricación sólida-de larga duración, lubricación sólida a alta-temperatura y endurecimiento de superficies. Para prolongar la vida útil de los equipos, también se ha establecido y se ha investigado ampliamente el campo de la remanufactura.

Esta serie de artículos revisará el estado actual de las aplicaciones y las tendencias de desarrollo de las tecnologías de protección de superficies de materiales en entornos hostiles desde múltiples perspectivas.

comenzamos coninvestigación de tecnología de corrosión y protección.

Los problemas de corrosión surgen junto con el diseño de materiales y han afectado durante mucho tiempo la vida útil. A medida que los equipos-de alta gama continúan avanzando, los entornos operativos se han vuelto cada vez más severos, lo que impone mayores exigencias en materia de protección de materiales. El equipo militar, como componente central de la defensa nacional, se caracteriza por diversos tipos, grandes cantidades, largos períodos de almacenamiento y entornos operativos complejos. Por lo general, se requiere que los equipos de gran-escala, como aviones, barcos e instalaciones de energía nuclear, funcionen de manera confiable durante largos períodos en condiciones difíciles. La corrosión de incluso un solo componente puede plantear importantes riesgos de seguridad y comprometer el rendimiento general del sistema.

Entre los ambientes naturales, el ambiente marino es particularmente agresivo en términos de corrosión. Las películas de óxido convencionales proporcionan una protección limitada en condiciones marinas. Según estadísticas incompletas, las pérdidas por corrosión marina representan aproximadamente un-tercio del total de pérdidas por corrosión de materiales, superando con creces las de otros entornos. En entornos marinos, la corrosión es impulsada por la corrosión mecánica, la corrosión electroquímica y la corrosión biológica. Las estrategias de protección correspondientes se dividen en tres categorías principales: selección de materiales y diseño estructural apropiados, protección de superficies de materiales y protección catódica mediante corriente impresa o ánodos de sacrificio.

Además, el envejecimiento de los materiales, la erosión eólica y el desgaste abrasivo en regiones polares y de gran-altitud, así como los desafíos de alta-temperatura, alta-presión y radiación en los reactores nucleares, también requieren mucha atención.

La corrosión atmosférica marina es causada principalmente por finas películas líquidas formadas en condiciones atmosféricas húmedas y es más frecuente en regiones costeras cálidas y húmedas. Cuando hay contaminantes ácidos o partículas de sal en atmósferas marinas de alta-temperatura y alta-humedad, la corrosión se acelera aún más. Dichos entornos pueden provocar corrosión de sustratos metálicos-por ejemplo, corrosión localizada en cargadores de armas ligeras expuestas a atmósferas marinas. También pueden causar fallas en los recubrimientos protectores, como envejecimiento del recubrimiento, corrosión debajo de la película, formación de ampollas y descamación durante el almacenamiento de municiones. Además, los materiales no-metálicos, como el caucho y los plásticos, pueden sufrir deformaciones, fragilidad, agrietamiento, hinchazón y crecimiento de moho en estas condiciones.

La protección del revestimiento de superficies es actualmente una de las tecnologías anticorrosión más utilizadas y efectivas para equipos militares. El diseño y la selección de revestimientos protectores deben considerar plenamente los entornos operativos específicos de los diferentes tipos de equipos, y los sistemas de revestimiento funcionales deben desarrollarse de acuerdo con los requisitos reales. Por ejemplo, se ha demostrado que la oxidación por micro-arco de aleaciones de magnesio mediante control pulsado bipolar mejora significativamente la resistencia a la corrosión del revestimiento.

Los estudios han demostrado que los recubrimientos multicapa de Cr/GLC con diferentes períodos de modulación depositados sobre acero inoxidable 316L mediante pulverización catódica con magnetrón CC pueden mejorar notablemente la fricción y el rendimiento de desgaste en agua de mar artificial. Para las estructuras de barcos frecuentemente expuestas al agua de mar, comúnmente se aplican recubrimientos de zinc o aluminio pulverizados con arco para impartir una excelente resistencia a la corrosión del agua de mar. Para abordar la adhesión microbiana y la corrosión en el agua de mar, la industria de la construcción naval ha adoptado recubrimientos inteligentes con funciones antiincrustantes y antibacterianas. Más allá de estas tecnologías convencionales de recubrimiento de superficies, otros enfoques-como los recubrimientos no electrolíticos de aleaciones amorfas y los recubrimientos compuestos de nanopartículas-también han mostrado un importante potencial de aplicación.

Los recubrimientos a base de grafeno-y los recubrimientos autocurativos-se han convertido en los últimos años en importantes puntos de investigación en recubrimientos anticorrosión marinos. Las investigaciones han demostrado que los recubrimientos de grafeno pueden mejorar significativamente la resistencia a la oxidación en comparación con los sustratos convencionales de Cu/Ni. Los estudios sobre recubrimientos de grafeno se centran principalmente en sistemas de recubrimiento orgánicos e inorgánicos. Los primeros trabajos demostraron métodos para preparar recubrimientos de grafeno utilizando polimetacrilato de metilo como medio intermedio, lo que resultó en una resistencia a la corrosión sustancialmente mejorada.

El grafeno también se ha utilizado para modificar revestimientos existentes. Por ejemplo, se ha demostrado que agregar grafeno a los recubrimientos epoxi a base de agua mejora el rendimiento general del recubrimiento en comparación con los recubrimientos epoxi anticorrosión convencionales. En el campo de los recubrimientos inorgánicos, se ha prestado cada vez más atención a la modificación del grafeno. Las investigaciones indican que agregar grafeno a recubrimientos anticorrosivos inorgánicos-puede lograr una resistencia a la niebla salina de hasta 1200 horas con un peso de recubrimiento de solo 100 a 150 mg/dm², lo que demuestra una mejora significativa en la protección contra la corrosión. Reemplazar el cromo metálico con grafeno en los recubrimientos de Dacromet también ha dado como resultado una buena resistencia a la corrosión y, al mismo tiempo, ofrece un mejor respeto al medio ambiente.

Los recubrimientos anticorrosión-autorreparables- representan una clase emergente de recubrimientos protectores inteligentes que pueden restaurar la resistencia a la corrosión después de un daño en condiciones específicas. Los recubrimientos autorreparables existentes-generalmente se clasifican en sistemas autónomos y no-autónomos. Los revestimientos autónomos-reparadores normalmente dependen de agentes formadores de película-encapsulados o inhibidores de corrosión para reparar las áreas dañadas. Las investigaciones han demostrado que los mecanismos de polimerización interfacial-como las reacciones entre isocianatos y agua-pueden rellenar eficazmente los defectos después de un daño en el recubrimiento. Otros estudios han confirmado que la incorporación de inhibidores de la corrosión, como la dodecilamina, en los recubrimientos de resina alquídica puede reducir significativamente la corrosión.

Los recubrimientos no-autorreparables-autónomos dependen de estímulos externos, como la temperatura o la luz, para activar mecanismos de reparación. Por ejemplo, se han desarrollado sistemas de polimerización catiónica inducida por luz ultravioleta--para permitir la reparación de recubrimientos bajo exposición a rayos UV.