RESISTENCIA A LA CORROSION DE UN ACERO API
X70 RECUBIERTO CON UNA ALEACIÓN DEL TIPO
NI-P EN SOLUCIÓN-NS4 Y NS4-NA2S
CORROSION RESISTANCE OF APIX70 STEEL WITH NI-P
AND NIP-AL2O3 ALLOYS IN NS4 AND NS4-NA2S SOLUTIONS
Josefina García Guerra
UMSNH, México
Nubia de León-Amaya
Facultad de Metalurgia UAdeC, México
Yadira Rangel-Hernández
Facultad de Metalurgia UAdeC, México
Isabel Facundo Arzola
Facultad de Metalurgia UAdeC, México
Gloria Guadalupe Treviño Vera
Facultad de Metalurgia UAdeC, México
pág. 13164
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13594
Resistencia a la Corrosion de un Acero API X70 Recubierto con una
Aleación del Tipo Ni-P en Solución-NS4 y NS4-Na2S
Josefina García Guerra 1
Josefina.garcia@umich.mx
http://orcid.org/0000-0001-5441-301X
UMSNH
México
Nubia de León-Amaya
nudeleona@uadec.edu.mx
http://orcid.org/0009-0000-2728-040X
Facultad de Metalurgia UAdeC
México
Yadira Rangel-Hernández
yarangelh@uadec.edu.mx
http://orcid.org/0009-0008-2777-116X
Facultad de Metalurgia UAdeC
México
Isabel Facundo Arzola
Isabelfacundo@uadec.edu.mx
http://orcid.org/0000-0002-1392-198X
Facultad de Metalurgia UAdeC
México
Gloria Guadalupe Treviño Vera
gloriatrevinivera@uadec.edu.mx
http://orcid.org/0000-0002-8768-0680
Facultad de metalurgia UAdeC
México
RESUMEN
A pesar del constante mantenimiento de los metales, la corrosión y el desgaste son los principales
problemas que se presentan hoy en día ya que las pérdidas económicas debidas al mantenimiento y
reemplazo de piezas incrementan los costos de operación. Tomando en consideración que los ductos
y/o tuberías empleadas en el proceso de transporte de hidrocarburos son aceros al carbono que operan
en condiciones severas, es de vital importancia evaluar y sobre todo buscar alternativas para mitigar
estos procesos ya que son factores críticos para considerar en el diseño de las líneas del transporte de
hidrocarburos vía terrestre (Agarwala & Agarwala, 2003). En este contexto la técnica de depositación
autocatalítica de níquel es un procedimiento industrial por el que se deposita una aleación metaestable
de espesor homogéneo del tipo Ni-P sin ninguna fuente exterior de corriente, ofreciendo soluciones
técnicas excepcionales por sus inmejorables cualidades de dureza, resistencia al desgaste, al rozamiento,
a la abrasión y a la corrosión. En el presente trabajo se llevó a cabo la síntesis de recubrimientos Ni-P a
partir de la técnica de depositación autocatalitica. El efecto de la temperatura de tratamiento térmico
sobre la microestructura y la resistencia a la corrosión en un medio corrosivo de solución neutra NS4 y
NS4-Na2S fue evaluado empleando las técnicas potencio dinámicas de polarización.
Palabras clave: tratamiento térmico, Ni-P, solución-NS4, corrosión
1 Autor principal.
Correspondencia: josefina.garcia@umich.mx
pág. 13165
Corrosion Resistance of APIX70 Steel with Ni-P and NiP-Al2O3 Alloys in
NS4 and NS4-Na2S Solutions
ABSTRACT
In order to avoid the surface degradation, metals always have been in a constance mainteinance,
however corrosion and wear process usually occur. It leads to a reduction inmaterial surface
consequently the failure can occur without clear warning and economic losses. At this context, oil and
gas industry usually used for ducts and/or pipes in the hydrocarbon transportation process are carbon
steel that operate in severe conditions, for this reason is vitally important to evaluate other alternatives
to mitigate these processes since they are critical factors to consider in the design of hydrocarbon
transportation lines by land (Agarwala & Agarwala, 2003). In this context, the autocatalytic nickel
deposition technique is an industrial procedure by which a metastable alloy of homogeneous thickness
of the Ni-P type is deposited without any external source of current, offering exceptional technical
solutions due to its unbeatable qualities of hardness, resistance to wear, friction, abrasion and corrosion.
In the present work, the synthesis of Ni-P coatings was carried out using the autocatalytic deposition
technique. The effect of heat treatment temperature on the microstructure and corrosion resistance in a
corrosive medium of neutral solution NS4 and NS4-Na2S was evaluated using potentiodynamic
techniques of polarization.
Keywords: heat treatment, Ni-P, NS4 solution, corrosion
Artículo recibido 15 agosto 2024
Aceptado para publicación: 10 setiembre 2024
pág. 13166
INTRODUCCIÓN
La corrosión en suelos es un tema de gran interés, específicamente en materiales empleados en el
transporte de hidrocarburos como son los aceros al carbono. Considerando que los ductos y/o tuberías
empleadas en el proceso de transporte operan en condiciones severas, es de vital importancia evaluar y
sobre todo buscar alternativas para mitigar los procesos de corrosión ya que son factores críticos a
considerar en el diseño de las líneas del transporte de hidrocarburos vía terrestre (Anık & Körpe, 2007;
Mimani & Mayanna, 1996) La técnica de depositación autocatalítica de níquel es un procedimiento
industrial por el que se deposita una aleación metaestable de espesor homogéneo del tipo Ni-P sin
ninguna fuente exterior de corriente, ofreciendo soluciones técnicas excepcionales por sus inmejorables
cualidades de dureza, resistencia al desgaste, al rozamiento, a la abrasión y a la corrosión (Anık &
Körpe, 2007; Lelevic & Walsh, 2019). Los recubrimientos Ni-P (≥9 % en peso) son empleados en la
protección de superficies metálicas como una medida para combatir la corrosión ya que actúan como
una barrera protectora que protege al sustrato de ambientes corrosivos tales como ácidos, alcalinos y
salmueras. Sin embargo, existe muy poca información de su aplicación en aceros al carbono en
condiciones de suelo por lo que motiva el análisis del comportamiento electroquímico de estos
recubrimientos, empleando una solución sintética neutra NS4 y NS4-Na2S.
METODOLOGÍA
El proceso de depositación química de recubrimientos Ni-P se llevó a cabo sobre especímenes metálicos
de acero API X70 de dimensiones 3 x 3 x 0.3 cm, preparados metalográficamente con papel abrasivo
de SiC. La composición química del baño electrolítico consistió en 30 g/L de NiCl2; 10 g/L Na2C4H4O4.
6H2O; 10 g/L H2NCH2COOH; 83 g/L NaH2PO2.H2O; 2ppm PbNO3. La resistencia a la corrosión de los
depósitos fue evaluada empleando la técnica de curvas de polarización, en un rango de ±250mV, a
condiciones de potencial de corrosión. Se utilizó una celda electrolítica equipada con tres electrodos.
Como electrodos de trabajo se utilizaron los sustratos de acero API X70 con y sin recubrir con un área
de exposición de 1 cm2; como electrodo auxiliar grafito y como electrodo de referencia un electrodo
saturado de calomel (+0.241V vs SHE). La solución empleada como medio corrosivo fue solución
sintética NS4-Na2S (Królikowski, Karbownicka, & Jaklewicz, 2006).
pág. 13167
El cambio microestructural, la morfología y el aspecto superficial de los depósitos fue evaluado por
microscopía electrónica de barrido (JEOL JSM-840A). Con el objetivo de observar cambios en la
microestructura los depósitos Ni-P y NiP-Al2O3, éstos fueron sometidos a diversos tratamientos
térmicos a diferentes temperaturas de 200 y 400C durante 1hr, empleando un horno eléctrico
LINDBERG BLUE (Modelo CC58114 A/C), en atmósfera controlada de Argón.
RESULTADOS
La depositación autocatalítica se llevó a cabo sobre sustratos de acero APIX 70, empleando hipofosfito
de sodio como agente reductor. Con el objeto de obtener depósitos Ni-P. El contenido de fosforo
obtenido fue de 9.3% peso para el recubrimiento binario Ni-P. La figura 1a muestra una imagen del
sustrato de acero APIX 70 recién depositado con Ni-9.3P. Se observa que la morfología de los depósitos
metálicos consiste en finos precipitados o nódulos esféricos físicamente adheridos a la superficie; los
nódulos de diferentes tamaños están distribuidos al azar, formando un recubrimiento metálico multicapa
con estructura globular (Chang & Wang, 2005; Cui, Li, Li, Zheng, & Wu, 2006).
La figura 1b muestra el difractograma de rayos x obtenido en los depósitos Ni-P en donde se observa la
presencia de una línea base ruidosa característica de estructuras amorfas y con cresta pronunciada en la
región 2 de 40 a 50 correspondiente a la zona de las reflexiones de Ni (111).
La poca cristalinidad de los depósitos Ni-P se debe a un limitado ordenamiento y movimiento de átomos
de tal manera que en la estructura cristalina FCC del níquel los átomos de fósforo quedan atrapados
perdiendo la capacidad de distribuirse uniforme y estequiométricamente, haciendo imposible que este
arreglo cristalino tenga largo alcance y por lo tanto se consideran depósitos amorfos inestables (Tian,
Jian, Chang, & Hai, 2023).
Mientras que en la figura 1d se observa la cristalización de fases de Ni y Ni3P debido al aporte térmico
que provee el tratamiento térmico.
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Figura 1 Morfología y patrón de difracción de los depósitos Ni-P y Ni-P-Al2O3
El efecto de la presencia del depósito Ni-9.3P sobre la resistencia a la corrosión se muestra en la Figura
2 en donde se presentan las curvas de polarizacion Tafel (PC) del acero base con y sin la presencia del
recubrimiento binario. Claramente se observa un desplazamiento de Ecorr a valores más positivos con
respecto del acero base; la curva obtenida para el sustrato de acero sin recubrir muestra un potencial de
corrosión (Ecorr) más activo (alrededor de –574 mV), así como mayor densidad de corriente anódica y
catódica. Mientras que los sustratos con depósitos Ni-9.3P presentan un potencial de corrosión (Ecorr)
que alcanza a ser hasta 300 mV más positivo que el sustrato de acero. En conjunto podemos observar
que conforme se incrementa la temperatura de tratamiento térmico aplicado en los sustratos recubiertos
con el depósito Ni-9.3P, los valores de Ecorr se incrementan y disminuye la densidad de corriente.
Básicamente las curvas muestran que el proceso de corrosión de los recubrimientos consiste
básicamente en la disolución anódica de la película, además las curvas son características de un proceso
controlado por activación y transporte de masa a través del electrolito, predominado y controlando la
velocidad de corrosión la reacción de reducción del oxígeno, específicamente a elevados sobre
potenciales; se observa que la región anódica no presenta pasivación, sin embargo al final de la curva
se muestra un incremento significativo de pendiente en la curva lo que promueve a sugerir que se debe
a la absorción superficial de productos de corrosión. Sin embargo, la cantidad de alúmina presente en
10 m 10 m
a)
b)
c)
pág. 13169
la matriz metálica juega un papel importante, pues los valores de la densidad de corrosión (Io) se
desplaza a valores más negativos respecto de los depósitos binarios, debido a la presencia de superficies
heterogéneas que incrementan la presencia de microceldas activas, reduciendo así la capacidad de
protección a la corrosión de los depósitos. Los datos electroquímicos obtenidos de la evaluación de las
curvas de polarización (PC`s) se muestran en la tabla 1, confirmando que la presencia de los
recubrimientos disminuye la densidad de corriente Io y consecuentemente la velocidad de corrosión
(MPY). Así mismo se observa que los valores de Io y de Eo están en función de la homogeneidad del
material puesto que con la presencia de partículas cerámicas estos valores se modifican generando la
disminución del potencial Eo pero incrementando el valor de densidad de corriente (Io), este fenómeno
se debe principalmente a que se induce la formación de microceldas activas que incrementan la
cantidad de corriente que fluye en la superficie, reduciendo así la capacidad de protección ante la
corrosión de estos depósitos.
Figura 2 Curvas de polarización de sustratos de acero con y sin recubrimientos Ni-P en solución NS4.
Tabla 1 Datos Tafel de las curvas de la figura 2
Muestra Ba (mV) Bc (mV) Io(A/cm2) Eo (V) MPY
APIX70 198.64 7.00E+06 4.38E-05 -0.57406 0.24824
Ni-P-NS4 232.18 183.7 1.19E-06 -0.33191 0.0067557
Ni-P-NS4-Na2S 334.11 132.46 5.43E-06 -0.28123 0.030752
pág. 13170
Las curvas a las diferentes temperaturas de tratamiento térmico del acero base y de los sustratos
recubiertos con los depósitos binarios y ternarios, exhiben en general un comportamiento similar ante
la corrosión, es decir la cinética de las reacciones anódicas y catódicas consiste en un proceso de
activación, controlado por la disolución y el transporte de masa, así como por la reacción de reducción
del oxígeno disuelto en la solución electrólito empleado (NS4) hacia la superficie metálica que controla
el fenómeno corrosivo así mismo no se observa indicios de pasivación en la región anódica.
Similarmente el comportamiento electroquímico de los depósitos Ni-P es fuertemente influenciado por
la aplicación de tratamientos térmicos como se observa en la Figura 3 en donde la mayor resistencia a
la corrosión se observa en la curva PC del recubrimiento tratado térmicamente a 400°C. Es decir, los
valores de Ecorr tienden a ser más positivos y la densidad de corriente Ior disminuye conforme se
incrementa la temperatura de tratamiento térmico, sin embargo, en este caso la reacción de disolución
es controlada únicamente por activación. En general las curvas de polarización en ambos depósitos
exhiben un incremento en el potencial de corrosión Eo, en los depósitos tratados térmicamente, en
relación con el depósito Ni-P en la condición de recién depositado, obteniendo los valores de densidad
de corriente anódica de un orden de magnitud menor en los sustratos tratados a 400ºC, en comparación
con los valores obtenidos en las muestras tratadas a menor temperatura (200°C).
Figura 3 Curvas de polarización de sustratos de acero con y sin recubrimientos Ni-P tratados
térmicamente en una solución NS4.
pág. 13171
Tabla 2 Datos Tafel de las curvas de la figura 2
Muestra Ba (mV) Bc (mV) Io(A/cm2) Eo (V) MPY
API X70 198.64 7.00E+06 4.38E-05 -0.57406 0.24824
NiP-STT 232.18 183.7 1.19E-06 -0.33191 0.0067557
NiP-200°C 626.9 494.72 1.23E-05 -0.25728 0.69732
NiP-400°C 685.62 470-47 8.88E-05 -0.18165 0.50327
El efecto del tratamiento térmico en la resistencia a la corrosión de los depósitos se observa claramente
ya que la tendencia que siguen los valores de densidad de corriente es aumentar conforme la
temperatura de tratamiento térmico se incrementa lo cual indica que el procesamiento térmico induce
cambios estructurales en los recubrimientos que los hace menos resistentes a la degradación en ambos
medios corrosivos empleados debido a la presencia de mayor cantidad de precipitados activos en la
matriz metálica (Bubbico, Celata, D’Annibale, Mazzarotta, & Menale, 2015; Chintada, Koona, & Raju
Bahubalendruni, 2021)
Los resultados obtenidos del análisis de las curvas de polarización confirman que la presencia del
depósito Ni-P binario mejora significativamente, las propiedades de resistencia a la corrosión en la
superficie del acero base, los cuales actúan como una barrera que no permite la difusión del oxígeno
hacia el sustrato, así como también por su naturaleza preferencialmente amorfa que se encuentra
limitada de zonas de alta energía como lo son los límites de grano. Así mismo se observa que
tratamientos térmicos por arriba de los 400ºC, induce cambios significativos en el comportamiento
electroquímico en ambos depósitos, presentando menor resistencia a la degradación en comparación
que sus análogos amorfos. Los sustratos de acero con depósito binarios NiP presentan zonas dañadas,
confirmando de esta manera las lecturas obtenidas de las curvas de polarización. Se observa
principalmente el tipo de corrosión en modo por picadura
Caracterización de los sustratos sometidas a corrosión.
En la Figura 4 (a y b) se muestran las probetas después del ensayo corrosivo de los sustratos con
recubrimiento Ni-P en ambos medios corrosivos. La figura 4a corresponde a los sustratos con
recubrimiento Ni-P evaluados en una solución NS4 en donde se muestra que la degradación de estas
superficies se genera principalmente por corrosión por picadura, es decir, el daño no guarda una relación
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uniforme en toda la superficie se puede observar picaduras de geometría semiesférica y además
picaduras que van más a fondo de la superficie presenta además una franja estrecha de ataque que se
propaga a lo largo de los límites de grano por el ataque químico sufrido. De igual manera en la figura
4b se muestra el recubrimiento NiP evaluado en un medio NS4-Na2S, se tiene evidencia de la formación
de una película densa porosa de productos de corrosión, que tomando en consideración lo reportado en
la literatura este tipo de película porosa se forma por la presencia de sulfuros en la solución (Pessu,
Barker, Chang, Chen, & Neville, 2021). La composición química que se reporta es la siguiente: Fe
(88.14%), O (6.05%), C (4.58%), y Mn (%1.23). Dicha capa porosa se caracteriza por tener una forma
de esponja. (Królikowski et al., 2006; Li, Zheng, Xiao, Chen, & Zhu, 2023). Debido a las características
de la capa que se forma no protege a la superficie del ataque del electrólito, debido a ello se incrementa
la densidad de corriente y el potencial de corrosión se desplaza a valores más negativos. En este contexto
Shoesmith y Taylor, proponen el siguiente mecanismo para la formación de la película porosa de
productos de corrosión. H2S + Fe + H2O → FeS2 + 2H + H2O.(Shoesmith, Taylor, Bailey, & Owen,
1980). Sin embargo, por las características de estabilidad de la sal de sulfuro de hierro II, ya que es
metaestable, puede volver a formarse el H2S, cuando el sistema se encuentra en medio ácido.
Figura 4
Daño superficial en los sustratos inmersos en solución NS4 de: a)Ni-P-NS4 y b) Ni-P-NS4-Na2S
CONCLUSIONES
Del análisis de las curvas de polarización de los experimentos de corrosión efectuados en una solución
sintética NS4 se desprende que el orden descendente de reactividad de resistencia a la corrosión se
presentó de la siguiente manera: Ni-9.3P-NS4 y Ni-P-NS4-Na2S, API X70, donde el contenido de azufre
10 m10 m
a) b)
pág. 13173
disminuye la resistencia a la corrosión de los depósitos metálicos. La disminución en la resistencia a la
corrosión se debe principalmente al incremento en la formación de celdas activas/pasivas por la
presencia de precipitados de Ni, Ni3P, las cuales aceleran el ataque agresivo del medio salino
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