La pasivación del acero inoxidable es un proceso crucial para mejorar su resistencia a la corrosión.
La capacidad de resistir la corrosión de los aceros inoxidables y otros metales depende estrictamente de la condición de su superficie, en particular, de la presencia o ausencia de una capa de óxidos conocida como capa pasiva.
En este artículo, exploraremos en profundidad el fenómeno de la pasivación en el acero inoxidable, sus beneficios y cómo se puede lograr una capa pasiva de alta calidad.
La Importancia de la Pasivación
Cuando ciertos fenómenos de pasivación ocurren en la superficie del acero inoxidable, se puede observar una disminución en la velocidad de corrosión, lo que indica la presencia de una capa protectora de pasivación.
Esta capa pasiva tiene una composición química diferente a la del acero base, con aproximadamente un 65% de cromo y óxido de cromo, y un 35% de hierro y óxido de hierro. Aunque el molibdeno y el níquel tienen un porcentaje muy bajo en la capa pasiva, su presencia también puede influir en la calidad de esta capa protectora.
¿Qué es la pasivación del acero inoxidable?
La pasivación es un proceso ampliamente utilizado para el acabado de metales con el fin de prevenir la corrosión. En el caso del acero inoxidable, el proceso de pasivación utiliza ácido nítrico o ácido cítrico para eliminar el hierro libre de la superficie. El tratamiento químico produce una capa protectora de óxido, o película de pasivación, que tiene menos probabilidades de reaccionar químicamente con el aire y causar corrosión. El acero inoxidable pasivado resiste el óxido.
¿Qué significa el acero inoxidable pasivado? ¿Qué es un acabado pasivado?
Para los fabricantes, los estándares de la industria ASTM A967 y AMS 2700 son los más utilizados para la pasivación del acero inoxidable. Según ASTM A967, la definición de pasivación es:
“El tratamiento químico del acero inoxidable con un oxidante suave, como una solución de ácido nítrico, con el propósito de eliminar el hierro libre u otras impurezas.”
Además, ASTM A380 establece que la pasivación es:
“La eliminación de hierro exógeno o compuestos de hierro de la superficie de un acero inoxidable mediante una disolución química, generalmente mediante un tratamiento con una solución ácida que eliminará la contaminación superficial pero no afectará significativamente al propio acero inoxidable… con el propósito de mejorar la formación espontánea de la película protectora pasiva.”
Historia del proceso de pasivación
A mediados del siglo XIX, el químico Christian Friedrich Schönbein descubrió el efecto de la pasivación. Después de sumergir hierro en ácido nítrico concentrado, descubrió que el hierro tenía poca o ninguna reactividad química en comparación con el hierro que no recibió el tratamiento con ácido nítrico concentrado. Su denominación para esa falta de reactividad química fue la condición “pasiva”.
A medida que la pasivación del acero inoxidable con ácido nítrico se convirtió en una práctica generalizada en el siglo XX, se hicieron más evidentes los problemas ambientales y de seguridad asociados con el ácido nítrico.
La investigación realizada por la empresa cervecera Adolf Coors en Alemania identificó el ácido cítrico como una alternativa efectiva. En la década de 1990, muchos fabricantes comenzaron a adoptar el ácido cítrico como una alternativa más segura y respetuosa con el medio ambiente al ácido nítrico.
Tipos de pasivación
Hoy en día, los estándares de la industria para la pasivación de superficies ofrecen tres tipos de pasivación. Cada tipo se basa en el producto químico utilizado para la pasivación. Los tres tipos de pasivación son:
- Ácido nítrico
- Ácido nítrico con dicromato de sodio
- Ácido cítrico.
La elección del producto químico a utilizar para la pasivación a menudo depende de los requisitos del cliente. Cada tipo de pasivación tiene sus propias ventajas y desventajas.
¿Por qué se realiza la pasivación del acero inoxidable?
La pasivación es una práctica recomendada posterior a la fabricación para las piezas y componentes de acero inoxidable recién mecanizados. Sus beneficios incluyen:
- Una barrera química para evitar el óxido
- Una vida útil más prolongada del producto
- Eliminación de contaminantes de la superficie del producto
- Menor necesidad de mantenimiento.
¿Cómo funciona la pasivación?
El acero inoxidable es una aleación a base de hierro, compuesta típicamente por hierro, níquel y cromo. El acero inoxidable adquiere sus propiedades de resistencia a la corrosión gracias al contenido de cromo. Cuando el cromo se expone al oxígeno (aire), forma una fina capa de óxido de cromo que cubre la superficie del acero inoxidable y protege el hierro subyacente contra la oxidación. El propósito de la pasivación es aumentar y optimizar la formación de la capa de óxido de cromo.
La interacción del ácido nítrico o ácido cítrico con la superficie del acero inoxidable elimina las impurezas y contaminantes que podrían interferir con la formación de la capa de óxido de cromo.
El ácido nítrico es un agente de pasivación más agresivo y se utiliza en casos en los que se requiere una pasivación más fuerte. Sin embargo, debido a sus riesgos ambientales y de seguridad, el ácido cítrico se ha vuelto más popular como alternativa más segura y respetuosa con el medio ambiente.
Una vez que se elimina el hierro libre y las impurezas de la superficie del acero inoxidable, se forma una capa de óxido de cromo a través de la reacción química entre el cromo y el oxígeno del aire.
Esta capa de óxido de cromo es extremadamente delgada, transparente y adherente, y actúa como una barrera protectora contra la corrosión. La pasivación mejora la formación de esta capa, lo que aumenta la resistencia del acero inoxidable a la corrosión y prolonga su vida útil.
Es importante tener en cuenta que la pasivación solo afecta la capa superficial del acero inoxidable y no altera sus propiedades estructurales o mecánicas. Es un proceso de acabado que se realiza después de la fabricación para mejorar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable y garantizar su calidad.
Formación de la Capa Pasiva
El término “pasivación” se deriva del hecho de que el cromo tiene una fuerte afinidad por el oxígeno. Cuando el acero está en contacto con un entorno enriquecido de oxígeno, el cromo se vuelve altamente reactivo y tiende a formar óxidos e hidróxidos muy estables.
Estos compuestos son protectores, ya que inhiben reacciones indeseadas que podrían conducir a la corrosión del acero inoxidable. Por lo tanto, la resistencia a la corrosión del acero inoxidable se debe a que su porcentaje de cromo es igual o superior al 18%, lo que permite la formación de óxidos que aumentan su resistencia a la corrosión.
Factores que Afectan la Calidad de la Capa Pasiva
La calidad de la capa pasiva depende de varios factores, siendo uno de ellos el porcentaje de cromo y otras sustancias presentes en el acero. El acero de la serie AISI 200 tendrá una menor resistencia a la corrosión en comparación con el AISI 300 debido a su menor concentración de níquel, lo que dificulta la rápida restauración de la capa pasiva después de procesos como el pulido o el grabado.
El tratamiento de la superficie del acero inoxidable también es un parámetro clave que determina la calidad de la capa pasiva. Con frecuencia, se realiza un pulido electroquímico para aumentar la resistencia a la corrosión.
Este proceso proporciona una microestructura de grano suave y uniforme en la capa pasiva, reduce la rugosidad evitando la adherencia de contaminantes y aumenta la migración de átomos de cromo hacia la superficie. Además, se logra un aumento en el espesor de la capa pasiva debido a una mejor interacción química con el oxígeno presente en el entorno.
Por otro lado, si la superficie ha sido sometida a abrasión mecánica, como un acabado satinado, la microestructura no será uniforme y se creará una mayor posibilidad de corrosión por picaduras debido a la adhesión de sustancias abrasivas.
Tiempo de Pasivación
El tiempo necesario para lograr una pasivación efectiva del acero inoxidable depende de los diferentes ambientes a los que esté expuesto.
El tiempo de pasivación puede variar según las condiciones ambientales y los procesos específicos utilizados. Algunos ejemplos son:
- Aire limpio: aproximadamente de 48 a 96 horas.
- Agua limpia: aproximadamente de 6 a 15 horas.
- Pasivación en ácido nítrico concentrado al 5-30%: aproximadamente de 30 a 120 minutos.
