Parte III: Aplicación de recubrimientos sobre sustratos de acero

La designación y composición principal de todos los sistemas de recubrimientos nanoestructurados anticorrosivos elaborados se enlistan en la Tabla 6.4.

Tabla 6.4: Nomenclatura de los recubrimientos nanoestructurados anticorrosivos preparados.

Nomenclatura

Recubrimientos con nanopartículas no

modificadas

Nomenclatura Recubrimientos con nanopartículas modificadas

R/hBN0.1 h-BN al 0.1% R/MhBN0.1 h-BN modificado al 0.1%

R/h-BN0.5 h-BN al 0.5% R/Mh-BN0.5 h-BN modificado al 0.5%

R/h-BN1 h-BN al 1 % R/Mh-BN1 h-BN modificado al 1 %

R/GNP0.1 GNP al 0.1% R/MGNP0.1 GNP modificado al 0.1%

R/GNP0.5 GNP al 0.5% R/MGNP0.5 GNP modificado al 0.5%

R/GNP1 GNP al 1% R/MGNP1 GNP modificado al 1%

R/RA0.1 RA al 0.1% R/MRA0.1 RA modificado al 0.1%

R/RA0.5 RA al 0.5% R/MRA0.5 RA modificado al 0.5%

R/RA1 RA al 1% R/MRA1 RA modificado al 1%

Resina acrílica Resina de PMMA

Acero 304 Acero inoxidable AISI 304

Caracterización morfológica:

Microscopia óptica

La distribución y dispersión de los aglomerados de nanopartículas en los recubrimientos fue determinada en un microscopio óptico de luz transmitida Primo Star Carl Zeiss Microscope. Para su visualización los recubrimientos fueron aplicados sobre un sustrato de acetato de la misma forma que en los sustratos de acero inoxidable con únicamente una capa para hacer una comparación y verificar el efecto de la modificación superficial mejora estos parámetros tan importantes para las propiedades anticorrosivas y mecánicas. El tamaño de los aglomerados fue determinado mediante el programa Image J, tomando como promedio 3 micrografías por muestra.

Mediciones electroquímicas y de corrosión acelerada:

Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS)

Con la finalidad de medir el rendimiento anticorrosivo de los recubrimientos obtenidos, se realizaron mediciones por espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en un equipo Potenciostato/Galvanostato Autolab PGSTA204T. Estas mediciones se realizaron en un sistema de celda electroquímica plana tradicional de tres electrodos con una solución de NaCl al 3.5 % en peso a temperatura ambiente (25 ± 2°C).

La Figura 6.6 muestra la celda electroquímica utilizada, la cual consta de un recipiente cilíndrico de vidrio con un diámetro de 43 mm, una base que dispone de un orificio circular de 14.52 cm² que permite la exposición del material recubierto a la solución, un contraelectrodo (CE) de acero inoxidable AISI 316, un electrodo de referencia (ER) de Ag/AgCl que contiene una solución de (cloruro de potasio) KCl 3 M con potencial del electrodo de referencia estándar de 210 ± 5 mV respecto al electrodo de hidrogeno de referencia (SHE) y una conexión de alimentación para gas de nitrógeno (N2). Los aceros con los recubrimientos nanoestructurados fueron usados como electrodos de trabajo (ET).

Previo a las pruebas electroquímicas, las muestras se mantuvieron inmersas en la solución de NaCl hasta alcanzar el equilibrio en condiciones de potencial de circuito abierto (OCP) durante 120 min.

Todas las mediciones fueron realizadas en una caja de Faraday casera para reducir el ruido electromagnético durante las mediciones experimentales. Las mediciones se realizaron en función del OCP en un rango de frecuencias de 10⁵ Hz a 10^-1 Hz, una amplitud de voltaje sinusoidal de 10 mV y 20 frecuencias por década. Los modelos de circuito equivalentes fueron obtenidos mediante el ajuste de las gráficas de Nyquist y Bode haciendo uso del software NOVA 2.1. Los parámetros relacionados con el análisis de EIS se obtuvieron a partir del correcto ajuste de los circuitos equivalentes.

Figura 6.6: Celda electroquímica plana utilizada para las mediciones electroquímicas.

Polarización potencio-dinámica

Las mediciones de polarización se realizaron en la misma celda electroquímica inmediatamente después de realizar las mediciones de EIS, polarizando el electrodo de trabajo desde un potencial inicial de -100 mV hasta un potencial final de +100 mV en función del potencial de circuito abierto.

Los valores de potencial de corrosión (Ecorr) y densidad de corriente (icorr) se extrajeron de las curvas de polarización mediante el método de extrapolación de Tafel haciendo uso del software NOVA 2.1. El barrido de polarización se realizó a una velocidad de escaneo de 0.001 V/s, con un paso de 0.001 V.

Corrosión acelerada

El comportamiento de protección a la corrosión de las muestras fue evaluado mediante la técnica de corrosión acelerada en una cámara de pruebas de corrosión cíclica Ascott CC450iP bajo la modificación de la norma ASTM G-85 Apéndice 2 (únicamente con solución de NaCl al 5 % en peso). El ciclo estaba conformado por 1 h de niebla salina con 98 % de humedad relativa y por 2 h de secado a una temperatura de 50°C. Después de 120 h de exposición, las muestras fueron removidas de la cámara y se realizaron observaciones en el microscopio sobre áreas representativas empleando por un microscopio estereoscopio digital Keyence VHX-5000 para evaluar la propiedad anticorrosiva de los recubrimientos.

Propiedades mecánicas:

Dureza

La dureza de los recubrimientos fue determinada en base a la norma ASTM D3363, donde cada sustrato recubierto se colocó en una superficie horizontal y firme, y se rayó la superficie del recubrimiento con lápices de madera calibrados (Mars Lumograph Steadtler) equivalentes con la siguiente escala de dureza:

6𝐵 − 5𝐵 − 4𝐵 − 3𝐵 − 2𝐵 − 𝐵 − 𝐻𝐵 − 𝐹 − 𝐻 − 2𝐻 − 3𝐻 − 4𝐻 − 5𝐻 − 6𝐻 𝑆𝑢𝑎𝑣𝑒 𝐷𝑢𝑟𝑜

Cada recubrimiento fue rasgado ~6.5 mm ejerciendo una presión uniforme hacia abajo y hacia adelante y manteniendo un ángulo de inclinación entre el lápiz y el sustrato de ~45°, comenzando con el lápiz más duro. Este proceso se repitió con cada lápiz siguiendo la secuencia de mayor a menor dureza hasta que el lápiz ya no cortara o raspara la superficie del recubrimiento.

Adherencia

La adherencia de los recubrimientos se determinó en base a la norma ASTM D3359. Esta prueba consistió en hacer una trama cruzada con cortes de 2 mm de distancia mediante un Elcometer 107 atravesando la superficie de los recubrimientos hasta la superficie del sustrato. Posteriormente, se removieron las lacas desprendidas del recubrimiento, se cortó una pieza de cinta de 75 mm de largo y se pegó el centro de la cinta sobre la trama. Por último, la cinta se desprendió rápidamente y sin tirones sobre sí misma y calificó en una escala del 0-5, mostrada en la Tabla 6.5.

Tabla 6.5: Clasificación de resultados de las pruebas de adhesión.

Clasificación Porcentaje de área

removida Ejemplo

5B B 0 %

Nada

4B Menor del 5 %

3B 5-15 %

2B 15-35 %

1B 35-65 %

0B Mayor del 65 %