Guía de ensayos de niebla salina: Consejos de expertos para el éxito de los ensayos de corrosión

La prueba de niebla salina: Guía completa sobre su funcionamiento y significado

Introducción: Más que una simple prueba

La prueba de niebla salina es una forma estándar de acelerar las pruebas de corrosión que lleva casi 100 años ayudando a los fabricantes a comprobar la calidad. Su función principal es comprobar la resistencia a la corrosión de los materiales y revestimientos superficiales en un entorno duro y controlado. Aunque mucha gente utiliza esta prueba, también se malinterpreta mucho. Para aprovechar realmente su potencia, hay que ir más allá de lo básico y comprender los detalles técnicos que controlan su funcionamiento y el significado de los resultados. Este artículo ofrece una explicación completa.

Conceptos básicos

En esencia, la prueba de niebla salina crea una atmósfera corrosiva llena de sal dentro de una cámara cerrada. Las muestras se exponen a este ambiente durante un tiempo determinado y se comprueba si presentan signos de corrosión. El objetivo principal no es predecir cuánto durará algo en la vida real, sino proporcionar una forma rápida y repetible de comparar la calidad entre distintos materiales. Permite a los fabricantes comprobar que sus procesos de revestimiento son coherentes y comparar el rendimiento de distintos materiales o acabados en las mismas condiciones de dureza.

Por qué es importante conocer los detalles

Un error común y grave es intentar relacionar directamente un número concreto de horas en una cámara de niebla salina con un número concreto de años en el mundo real. Esto no funciona científicamente. La cámara de pruebas representa una condición única, invariable y muy artificial. Para entender realmente el ensayo de niebla salina, hay que analizar el "cómo" y el "por qué" de su funcionamiento, no sólo el "qué" de sus pasos. Este conocimiento ayuda a ingenieros y científicos a interpretar correctamente los resultados y a tomar decisiones inteligentes.

Lo que aprenderá: Resumen del artículo

Esta completa guía le proporcionará una sólida comprensión técnica del ensayo de niebla salina. Exploraremos:

• En principios electroquímicos básicos de corrosión que la prueba acelera.
• Un desglose de los ajustes importantes de las pruebas y su mayor influencia en los resultados.
• Las reacciones químicas específicas que provocan el fallo acelerado dentro de la cámara de pruebas.
• Comparación de normas internacionales clave como ASTM B117 e ISO 9227.
• Una guía práctica para comprender con precisión los resultados y conocer las limitaciones incorporadas a la prueba.

El motor electroquímico

Para entender cómo funciona una prueba de niebla salina, primero debemos comprender qué es realmente la corrosión. No es simplemente "oxidarse"; es un proceso electroquímico. Los mismos principios que hacen funcionar una batería común son los que hacen que falle una pieza de acero revestida.

La corrosión como batería

Imagine una pequeña pila en la superficie de un metal. Para que se produzca corrosión, deben estar presentes cuatro partes, formando lo que se denomina una célula de corrosión:

1. El ánodo: Aquí es donde el metal se oxida, lo que significa que pierde electrones y se disuelve en el medio ambiente en forma de partículas metálicas. Aquí es donde se produce la pérdida de metal.
2. El cátodo: Aquí se produce una reacción de reducción. Esta reacción utiliza los electrones creados en el ánodo. En un entorno neutro y rico en oxígeno, como una cámara de niebla salina, la reacción catódica más común es la reducción del oxígeno.
3. El camino del metal: El propio metal proporciona un camino conductor para que los electrones viajen del ánodo al cátodo.
4. El electrolito: Es una solución conductora que permite que las partículas se desplacen entre el ánodo y el cátodo, completando el circuito eléctrico. En la prueba de niebla salina, el electrolito es la niebla de agua salada.

Cuando las cuatro partes están presentes, el "motor" de la corrosión se pone en marcha y el metal del ánodo comienza a descomponerse.

Oxidación y reducción

El núcleo del proceso de corrosión implica dos reacciones químicas que se producen al mismo tiempo.

En el ánodo, el metal cede electrones en una reacción de oxidación. Para el hierro, el proceso es:

Fe → Fe²⁺ + 2e- (El metal de hierro se convierte en partículas de hierro, liberando dos electrones).

En el cátodo, estos electrones se consumen en una reacción de reducción. En el ambiente neutro de la niebla salina, esto es típicamente:

O₂ + 2H₂O + 4e- → 4OH- (El oxígeno y el agua reaccionan con electrones para formar partículas de hidróxido).

Las partículas de hierro (Fe²⁺) pueden entonces reaccionar con las partículas de hidróxido (OH-) y más oxígeno para formar diversos óxidos e hidróxidos de hierro, que vemos como óxido.

Cómo ayudan los revestimientos

Los revestimientos protectores están diseñados para detener este proceso electroquímico eliminando una de las cuatro partes esenciales de la célula de corrosión. Funcionan principalmente de dos maneras:

1. Barrera de protección: Es el método más sencillo. Las pinturas, los polvos y ciertos revestimientos plásticos actúan como una barrera física que separa la base metálica del electrolito (la niebla salina). Un revestimiento perfecto y no poroso proporcionaría en teoría una protección infinita. Sin embargo, todos los revestimientos tienen algún nivel de pequeños agujeros o pueden dañarse, creando una vía para que el electrolito llegue al metal.
2. Protección galvánica o de sacrificio: Este método utiliza la electroquímica en su beneficio. Se aplica una capa de un metal más reactivo al material base. Por ejemplo, cuando se recubre acero con zinc (galvanizado), el zinc es más activo electroquímicamente que el acero. Si un arañazo expone ambos metales al electrolito, el zinc se convierte en el ánodo y se corroe sacrificadamente, protegiendo al acero, que actúa como cátodo.

Desglose de la Cámara

La cámara de niebla salina no es simplemente una caja llena de niebla salina. Es un equipo diseñado con precisión para mantener un entorno agresivo constante y repetible. Todos los ajustes se controlan estrictamente, ya que incluso pequeños cambios pueden alterar significativamente los resultados de las pruebas.

Partes de un armario

Una cabina de niebla salina típica consta de varias piezas clave que trabajan juntas:

• Cuerpo del armario: Una caja no reactiva y resistente a la corrosión, a menudo de plástico sólido reforzado, con una tapa calentada y sellada con agua para mantener la temperatura y la humedad internas.
• Depósito de solución salina: Recipiente que contiene la solución salina preparada antes de convertirla en niebla.
• Boquilla(s) atomizadora(s): Estos dispositivos utilizan aire comprimido para transformar la solución salina en una niebla fina y densa que se extiende por toda la cámara.
• Sistema de calefacción: Los calentadores, normalmente de camisa de agua o de aire, mantienen una temperatura uniforme y constante en el interior del armario.
• Soportes para muestras: Fabricadas con material no reactivo (como el plástico), estas gradillas sujetan las muestras de ensayo en un ángulo específico para garantizar una exposición uniforme y evitar interferencias.
• Torre de humidificación: Una torre de agua calentada que satura el aire comprimido antes de que llegue a la boquilla atomizadora, evitando la evaporación de las gotas de niebla y ayudando a mantener la concentración de la solución.

Ajustes de prueba importantes

Comprender el "por qué" de cada ajuste controlado es crucial para apreciar el diseño de la prueba.

Solución salina

La solución patrón, tal como se define en normas como la ASTM B117, es una solución 5% (en peso) de cloruro sódico (NaCl) en agua de laboratorio de gran pureza. Históricamente se ha comprobado que la concentración 5% proporciona un alto nivel de corrosividad sin estar tan concentrada que la sal empiece a formar cristales en las muestras. La pureza tanto de la sal como del agua es fundamental. Contaminantes como el cobre o el hierro en la sal pueden actuar como catalizadores, acelerando artificialmente la corrosión y haciendo que la prueba no sea válida.

pH de la solución

El pH de la solución salina recogida debe mantenerse dentro de un rango estrecho y casi neutro, normalmente de 6,5 a 7,2. El nivel de pH tiene un impacto directo en el mecanismo de corrosión. Una solución muy ácida (pH bajo) puede atacar agresivamente el metal y sus capas protectoras, mientras que una solución muy alcalina (pH alto) puede favorecer la formación de películas de óxido diferentes, a veces más protectoras. Controlar el pH garantiza que la corrosión observada esté impulsada principalmente por las partículas de cloruro, y no por la acidez o la alcalinidad artificiales.

Temperatura de la cámara

La mayoría de los ensayos de niebla salina neutra se realizan a una temperatura constante de 35 °C ± 2 °C (95 °F ± 3 °F). La temperatura controla la velocidad de las reacciones químicas. La ecuación de Arrhenius muestra que, por regla general, la velocidad de reacción se duplica por cada 10 °C de aumento de la temperatura. La norma de los 35 °C proporciona una condición moderadamente acelerada que es lo suficientemente alta como para acelerar la corrosión, pero no tan alta como para introducir mecanismos de fallo poco realistas, como el daño por calor a los revestimientos orgánicos.

Índice de niebla y recogida

La prueba no es una prueba de "niebla salina" en el sentido de una pulverización directa. Es una prueba de "niebla salina". La boquilla atomizadora crea una fina niebla que desciende y se deposita en las muestras por gravedad. La velocidad de asentamiento de esta niebla, o "caída", es un parámetro crítico. Se mide colocando embudos de recogida dentro de la cámara y se especifica de 1,0 a 2,0 mililitros por hora en un área de recogida horizontal de 80 cm². Esto asegura una humectación continua y uniforme de la superficie de la muestra con electrolito fresco, proporcionando el agua y las partículas necesarias para la corrosión sin ser tan agresivo que arrastre los productos de corrosión en desarrollo.

Muestra de posición

Las muestras no se colocan planas. Se apoyan en un ángulo, normalmente entre 15 y 30 grados con respecto a la vertical. Esta posición tiene dos objetivos. En primer lugar, garantiza que las gotas de niebla no se acumulen en la superficie, lo que crearía zonas con diferentes condiciones de corrosión. En segundo lugar, favorece una exposición uniforme y permite que los productos de la corrosión se deslicen por la muestra de forma coherente de una prueba a otra.

Cuadro 1: Influencia de los parámetros

Esta tabla resume los ajustes clave y su importancia en una prueba de niebla salina neutra.

La química interior

La prueba de niebla salina es algo más que un entorno húmedo y salino. Existen mecanismos químicos específicos que hacen que la niebla salina continua sea especialmente agresiva, sobre todo para los metales que dependen de una capa superficial protectora, como el aluminio y el plomo. acero inoxidable.

El catalizador de cloruro

El elemento clave en la prueba de niebla salina es la partícula de cloruro (Cl-). Aunque otras partículas pueden causar corrosión, el cloruro es especialmente destructivo. Su pequeño tamaño y su alta electronegatividad le permiten penetrar en capas de óxido protectoras que, de otro modo, serían estables. Muchos metales resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable y el aluminio, se protegen formando una capa de óxido muy fina, invisible y no reactiva en su superficie (por ejemplo, el óxido de cromo en el acero inoxidable). Esta capa "pasiva" actúa como una barrera. La partícula de cloruro es experta en romper esta defensa.

Proceso de corrosión por picaduras

La forma más común de fallo de los metales pasivos en un ensayo de niebla salina es la corrosión por picaduras. Se trata de una forma de ataque localizada y furtiva que puede provocar la rápida perforación de un material. El proceso se produce en varias etapas:

1. Adsorción: Las partículas de cloruro cargadas negativamente son atraídas y se adhieren a la superficie de óxido metálico cargada positivamente. Tienden a concentrarse en los puntos débiles de la capa pasiva, como los límites de grano, las inclusiones o los defectos microscópicos.
2. Penetración: Las partículas de cloruro compiten con el oxígeno para unirse a las partículas metálicas de la estructura de óxido. Finalmente penetran en la capa pasiva, dejando al descubierto una pequeña zona del metal desnudo que hay debajo. Esta pequeña zona expuesta se convierte en el ánodo de una nueva célula de corrosión microscópica.
3. Acidificación local: Una vez que se inicia una fosa, el proceso de corrosión se acelera drásticamente. El metal del fondo de la fosa se disuelve (por ejemplo, Fe → Fe²⁺ + 2e-). Estas partículas positivas de metal atraen más partículas negativas de cloruro a la fosa, conformado de metales cloruros (por ejemplo, FeCl₂). Estos cloruros metálicos reaccionan entonces con el agua (hidrólisis), produciendo ácido clorhídrico (HCl) y reduciendo el pH del interior de la fosa a un nivel muy ácido (tan bajo como 1-2).
4. Proceso autosostenido: Esto crea un ciclo autosostenido y acelerado. El entorno altamente ácido y rico en cloruros del interior de la fosa disuelve agresivamente más metal, haciendo que la fosa sea más profunda y más ácida. La superficie exterior del metal sigue siendo el cátodo, protegido por su capa pasiva, mientras que la pequeña fosa actúa como un potente ánodo.

Niebla vs. Inmersión

Una niebla salina continua suele ser más agresiva que la simple inmersión en la misma solución salina. La razón radica en la disponibilidad de oxígeno. La reacción catódica, esencial para el funcionamiento de la célula de corrosión, requiere un suministro constante de oxígeno disuelto en la superficie del metal. En un escenario de inmersión total, la velocidad de corrosión puede verse limitada por la rapidez con la que el oxígeno puede desplazarse a través del líquido a granel para alcanzar el cátodo. En un entorno de niebla salina, la fina película de electrolito sobre la superficie de la muestra tiene una relación superficie-área-volumen muy grande, lo que permite una concentración mucho mayor de oxígeno disuelto disponible constantemente en la interfaz metal-electrolito. Esto garantiza que la reacción catódica nunca carezca de oxígeno, lo que permite que la reacción anódica (corrosión) se produzca a su velocidad potencial máxima.

Entender las normas

Aunque los principios son universales, los procedimientos específicos para realizar una prueba de niebla salina se rigen por normas internacionales. Estos documentos garantizan prueba realizada en un laboratorio puede compararse de forma significativa con una prueba realizada en otro. Las dos normas más importantes son ASTM B117 e ISO 9227.

La norma ASTM B117

ASTM B117, "Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus", es la norma más citada para ensayos de niebla salina en Norteamérica y muchas otras regiones. Es fundamental entender que B117 es una norma de procedimiento. Detalla cuidadosamente cómo configurar, operar y mantener el aparato de ensayo para producir un entorno estándar de niebla salina neutra (NSS). Sin embargo, no especifica la duración de las pruebas ni los requisitos de rendimiento (por ejemplo, "no más de 5% de óxido rojo después de 240 horas"). Estos criterios de aceptación siempre se definen en la especificación del material, la especificación del producto o por acuerdo entre el fabricante y el cliente.

La norma global ISO 9227

ISO 9227, "Ensayos de corrosión en atmósferas artificiales - Ensayos de niebla salina", es la principal norma utilizada en Europa y gran parte del resto del mundo. Es un documento más completo que ASTM B117 porque incluye tres tipos distintos de ensayos de niebla salina en una sola norma:

• NSS (niebla salina neutra): Funcionalmente es muy similar a la prueba descrita en ASTM B117 y se utiliza para los mismos fines generales.
• AASS (niebla salina de ácido acético): Esta prueba es más agresiva que la NSS. Se añade ácido acético glacial a la solución salina para bajar el pH a un rango de 3,1 a 3,3. Se suele utilizar para probar revestimientos decorativos como el cobre-níquel-cromo y para el aluminio anodizado.
• CASS (niebla salina de ácido acético acelerada con cobre): Se trata de una prueba aún más severa. Además de ácido acético, se añade una pequeña cantidad de cloruro de cobre a la solución. Las partículas de cobre actúan como catalizador, acelerando significativamente la corrosión. La temperatura de la cámara también es más elevada, de 50 °C. Los ensayos CASS se utilizan principalmente para evaluar el cromado del acero, las fundiciones a presión de zinc y los plásticos, habituales en los sectores de la automoción y la fontanería.

Cuadro 2: Comparación de normas

Este cuadro destaca las principales diferencias entre estas normas principales.

La prueba CASS

El ensayo CASS merece una mención especial debido a su química y aplicación únicas. La adición de cloruro de cobre(II) crea un entorno muy agresivo para el ensayo de sistemas de revestimiento multicapa. Las partículas de cobre pueden depositarse en la superficie de la muestra, creando nuevos puntos catódicos locales que aceleran drásticamente la corrosión de los metales más activos del sistema de revestimiento, como el níquel. Este ensayo es excepcionalmente eficaz para revelar porosidad, grietas o espesor insuficiente en el cromado, produciendo resultados en una fracción del tiempo requerido por un ensayo NSS.

De la prueba a la realidad

El último paso del proceso, y el más importante, es comprender el significado de los resultados. Aquí es donde la experiencia y una comprensión clara del propósito de la prueba son más importantes. Un malentendido puede dar lugar a una mala elección de materiales, a una falsa confianza en la durabilidad de un producto y a costosos fallos sobre el terreno.

El error de las horas frente a los años

El mayor error a la hora de interpretar los datos de niebla salina es intentar establecer una relación directa entre las horas de ensayo y la vida útil real. Esto es fundamentalmente imposible porque la cámara de niebla salina es un entorno muy simplificado y artificial. Carece de numerosos factores que contribuyen a la corrosión y la degradación en el mundo real:

• Radiación UV: La luz solar degrada los revestimientos orgánicos, volviéndolos quebradizos y permeables.
• Ciclos húmedo/seco: La naturaleza cíclica de la lluvia y el secado puede concentrar sales corrosivas y crear tensiones mecánicas en los revestimientos.
• Cambios de temperatura: Los ciclos de congelación y descongelación pueden agrietar y separar los revestimientos.
• Contaminantes atmosféricos: Los contaminantes industriales como el dióxido de azufre (SO₂) y los óxidos de nitrógeno (NOx) pueden formar lluvia ácida, creando un entorno corrosivo diferente y a menudo más complejo.
• Desgaste abrasivo y mecánico: Los arañazos, impactos y erosión por arena o suciedad son comunes en servicio, pero están ausentes en la cámara de pruebas estática.

Hemos visto muchos fracasos de productos que superaron pruebas de niebla salina de larga duración porque el modo de fallo en el mundo real, como la degradación por UV de un aglutinante de pintura, era un mecanismo no simulado en absoluto por la prueba.

El uso correcto

Cuando se utiliza correctamente, el ensayo de niebla salina es una herramienta excepcionalmente potente para el control de calidad y el análisis comparativo. Sus puntos fuertes residen en:

• Coherencia entre lotes: Proporciona una rápida comprobación "pasa/no pasa" para garantizar que un proceso de producción (por ejemplo, una línea de pintura o un baño de revestimiento) es estable y produce piezas con el nivel esperado de protección contra la corrosión.
• Análisis comparativo: Es el método ideal para comparar el rendimiento relativo del Recubrimiento A frente al Recubrimiento B, o del Proveedor X frente al Proveedor Y, en condiciones idénticas y controladas. Responde a la pregunta: "¿Qué opción es mejor en este entorno agresivo específico?".
• Detección de defectos: La prueba es excelente para revelar rápidamente defectos importantes en un revestimiento, como agujeros de alfiler, porosidad, grosor inadecuado o mala preparación de la superficie, que podrían no ser visibles a simple vista.

Evaluación de una muestra

La evaluación de una muestra sometida a ensayo debe ser sistemática y basarse en criterios predefinidos, que suelen encontrarse en las especificaciones de un producto o material. Normas como la ASTM D1654 proporcionan un procedimiento para evaluar muestras pintadas o recubiertas sometidas a ambientes corrosivos. Entre los principales métodos de evaluación se incluyen

• Valoración del aspecto: Evaluación de la extensión de la corrosión, a menudo mediante la calificación del número y tamaño de las manchas de óxido, ampollas o picaduras de acuerdo con tablas estandarizadas.
• Scribe Creepback: En el caso de los paneles revestidos, a menudo se hace un trazo (un arañazo a través del revestimiento hasta el metal de base) antes de la prueba. Después de la prueba, se mide la cantidad de corrosión que se ha "deslizado" bajo el revestimiento desde la línea de trazado. Se trata de un excelente indicador de la adherencia y el rendimiento del revestimiento.
• Criterios de aprobado/suspenso: El método más común en un control de calidad es un simple juicio de apto/no apto tras un número determinado de horas. Por ejemplo, "no más de tres manchas de óxido de más de 1 mm de diámetro después de 96 horas". A la hora de evaluar, es importante distinguir entre los distintos tipos de corrosión y tener en cuenta la ubicación, como por ejemplo ignorar la corrosión que comienza en los bordes cortados a menos que la protección de los bordes forme parte de la evaluación.

Cuadro 3: Identificación de defectos

Esta tabla sirve como guía de campo para identificar los defectos comunes de corrosión observados después de una prueba de niebla salina y entender lo que probablemente significan.

Conclusiones: Una herramienta experta

El viaje desde la comprensión de la naturaleza electroquímica básica de la corrosión hasta la interpretación de los resultados detallados de una prueba de niebla salina es muy técnico. Requiere una apreciación del control preciso de los ajustes, las reacciones químicas específicas en juego y un enfoque disciplinado de la evaluación.

Puntos técnicos clave

Si hay principios básicos que extraer de esta inmersión profunda, son los siguientes:

• El ensayo de niebla salina es un ensayo comparativo acelerado. prueba de control de calidadno es un predictor de la vida útil en el mundo real. Su valor reside en la repetibilidad y la comparación.
• Funciona creando un entorno controlado y agresivo que utiliza la naturaleza electroquímica de la corrosión, en el que las partículas de cloruro desempeñan un papel catalítico clave para romper las capas protectoras.
• El cumplimiento estricto de los ajustes estandarizados de temperatura, pH, concentración y recogida de niebla es absolutamente esencial para producir resultados repetibles y significativos.
• Una interpretación adecuada es fundamental. La atención debe centrarse en comparar muestras, identificar puntos débiles del proceso y detectar defectos, no en intentar predecir los años de servicio sobre el terreno.

El papel continuo

A pesar de sus limitaciones y del desarrollo de ensayos de corrosión cíclica más complejos, el ensayo de niebla salina sigue siendo una herramienta esencial y rentable para la fabricación moderna y el aseguramiento de la calidad. Cuando se respetan sus principios y se comprenden sus limitaciones, proporciona datos inestimables para garantizar la calidad de los productos, verificar el control de los procesos e impulsar la innovación de los materiales. Se trata de un ensayo clásico que, cuando se utiliza con conocimiento experto, sigue aportando un valor significativo.

• Normas para ensayos de corrosión - ASTM International https://www.astm.org/products-services/standards-and-publications/standards/b117.html
• Pruebas de niebla salina - Normas ISO https://www.iso.org/standard/53651.html
• Ciencia e ingeniería de la corrosión - NACE International (AMPP) https://www.ampp.org/
• Ensayos de materiales y corrosión - ASM International https://www.asminternational.org/
• Explicación de la prueba de niebla salina - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Salt_spray_test
• Equipos de ensayo de corrosión - Thomasnet https://www.thomasnet.com/products/corrosion-testing-equipment-48040800-1.html
• Pruebas de corrosión acelerada - NIST https://www.nist.gov/
• Pruebas de rendimiento de revestimientos - SSPC https://www.sspc.org/
• Normas para pruebas de laboratorio - SAE International https://www.sae.org/
• Ciencia de los materiales y corrosión - ScienceDirect https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/salt-spray-test