Corrosión por magnesio: causas, tipos y métodos de prevención

Comprensión de la corrosión del magnesio: de mecanismos a estrategias de protección comprobadas

El magnesio es el metal estructural más ligero que pueden manipular los ingenieros (alrededor de 33% más ligero que el aluminio, 75% que el acero). Sin embargo, la velocidad de corrosión del magnesio sigue siendo el mayor impedimento para un mayor uso en la fabricación aeroespacial, automotriz, electrónica y de dispositivos médicos. Tiene un potencial de electrodo estándar de 2,37 V (vs.

SHE) y permanece en el final activo (anódico) de la serie galvánica.

Esta guía sobre la corrosión del magnesio proporciona una comparación detallada del mecanismo de degradación del Mg, los grados de aleación comunes, compara la resistencia a la corrosión de los grados de aleación de Mg comunes y lo guía a través de técnicas de protección comprobadas. Ya sea que esté eligiendo una aleación de magnesio para un nuevo diseño o investigando fallas por corrosión en las piezas actuales, esta información y experiencia práctica le permitirán tomar decisiones de ingeniería más inteligentes.

Por qué el magnesio se corroe « La realidad electroquímica

la corrosión del magnesio es electroquímica. Si el magnesio entra en contacto con agua o un electrolito, se oxidará (eliminará electrones) disolviéndose en forma de iones Mg. La oxidación ocurre en el ánodo formando Mg(OH)2 e hidrógeno --, es por eso que a veces se ven burbujas muy pequeñas saliendo de una superficie de magnesio que se corroe.

En esencia, se trata de una cuestión de termodinámica. El potencial del electrodo estándar para el magnesio es el más negativo de todos los metales estructurales, 2,37 voltios frente al SHE. Su potencial en serie galvánico (en agua de mar ASTM G82 se ha determinado que la serie galvánica es de 1,60 voltios frente a una referencia de Ag/AgCl, más de 600 mV más negativa que el zinc, el metal de ingeniería más activo.

A diferencia del aluminio, que crea una capa de óxido AlO muy bien adherida que evita nuevos ataques; la película de corrosión del hidróxido de magnesio que se desarrolla sobre el Mg es porosa y poco adherente. Sólo proporciona una protección parcial y también se elimina muy fácilmente en ambientes de cloruro. Esto explica la repentina escalada de corrosión del magnesio en ambientes marinos o de niebla salina, mientras que el aluminio no se ve afectado.

En nuestros talleres de mecanizado CNC, se ve repetidamente que simplemente sentarse en el aire húmedo del taller provoca un deslustre de la superficie de las piezas de magnesio recién mecanizadas, lo que indica que el mecanismo de corrosión del Mg ocurre casi tan pronto como se altera la capa de óxido nativo.

Tipos de corrosión del magnesio en aplicaciones del mundo real

el magnesio y sus aleaciones pueden sufrir varios tipos de modos de corrosión, cada uno de ellos causado respectivamente por diferentes condiciones climáticas y metalúrgicas. La importancia del comportamiento de corrosión de cada tipo es, porque el sistema de protección es diferente para cada caso.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es otro tema que merece una consideración especial para las piezas de Mg que soportan carga. Como se indica en una investigación publicada en el Revista de la Sociedad de Minerales, Metales y Materiales (JOM), el umbral de agrietamiento por corrosión bajo tensión de AZ91 en agua destilada y en NaCl 5 g/L es de 55-75 MPa. Las piezas que funcionen cerca de estos niveles de tensión sólo deben diseñarse con un grado de aleación resistente al SCC.

Qué afecta la tasa de corrosión de las aleaciones de Mg

Las tasas de corrosión en las aleaciones de magnesio pueden variar en 6 órdenes de magnitud según 5 influencias principales. Conseguir el diseño correcto es fundamental para evitar la mayoría de los problemas de corrosión en el campo.

En Lecreator, nuestro proceso de selección de aleaciones para CNC de magnesio los proyectos comienzan examinando la certificación del material para determinar los niveles de impurezas. Hemos rechazado palanquillas de Mg entrantes que pasaron las especificaciones dimensionales pero excedieron el límite de Fe/Mn, un detalle que habría causado corrosión en el campo de los componentes de aleación de Mg a los pocos meses de su implementación. Este control ascendente ha evitado que varios clientes fallen la garantía.

Resistencia a la corrosión de aleaciones de magnesio “ Comparación de grados comunes

No todas las aleaciones de magnesio se corroen de manera similar. Su elección del grado de aleación afectará el rendimiento, la resistencia y la maquinabilidad de la corrosión. Aquí hay una comparación de las aleaciones mecanizadas populares.

Una de las principales conclusiones de las extensas pruebas de corrosión publicadas en el Revista de Magnesio y Aleaciones: en la solución salina 3.5%, AZ91 tuvo una tasa inicial de resistencia a la corrosión ligeramente mayor que la aleación de magnesio az31 en las primeras horas, pero en inmersión prolongada (>3 horas) hubo una corrosión mucho mayor debido al debilitamiento de la fase -MgAl. -es decir, las pruebas de niebla salina a corto plazo podrían dar una impresión falsa del rendimiento real del AZ91 en servicio.

WE43 es una aleación de tierras menos raras que proporciona un rendimiento de corrosión a largo plazo más predecible y se utiliza actualmente en aleaciones para aplicaciones biomédicas donde existe la necesidad de una degradación controlada y predecible (por ejemplo, implantes óseos de Mg biodegradables en fluidos corporales simulados).

Desde el punto de vista del mecanizado CNC, la maquinabilidad exacta de cada grado se ilustra claramente en el husillo. Mientras que la placa forjada AZ31 se genera mediante virutas largas y entrelazadas que son peligrosas si no se mantienen bajo control con respecto al factor de fuego, las palanquillas AZ91 fundidas a presión se mecanizan mediante virutas más cortas, más finas y más fáciles de evacuar, mientras que la microporosidad puede ocurrir. al fluido de corte atrapado, lo que provoca una corrosión más rápida después del mecanizado, si no es limpio y seco.

Protección contra la corrosión por magnesio: métodos probados que funcionan

La protección contra la corrosión del magnesio debe utilizarse de forma estratificada. Ninguna técnica funciona para cada aplicación. La elección correcta depende del entorno de servicio, la vida útil requerida y las limitaciones de costos. Aquí hay cinco métodos probados de protección contra la corrosión clasificados por durabilidad.

1. La oxidación por microarco (MAO/oxidación electrolítica por plasma) es un proceso de descarga de plasma de alto voltaje en un electrolito alcalino para producir un recubrimiento de óxido (10-100 m) directamente sobre la superficie del Mg. MAO produce recubrimientos densos y bien adheridos y proporciona la mayor protección contra la corrosión de los tratamientos electroquímicos. Investigaciones recientes de PMC (2024) confirma que las aleaciones de magnesio tratadas con MAO muestran una resistencia a la corrosión dramáticamente mejorada en comparación con las superficies no tratadas.
2. La anodización forma electroquímicamente una fina capa de óxido (5-25 m) sobre el material utilizando un voltaje aplicado más bajo. Es menos resistente que el MAO y económico, pero útil para carcasas para electrónica de consumo y para uso en interiores.
3. Recubrimientos de conversión química Los recubrimientos de conversión sin cromato (estannato de permanganato o de tierras raras) forman una capa muy delgada. Generalmente se utiliza como paso preparatorio antes de pintar. Puede tener un costo menor pero proporciona solo una protección moderada.
4. Recubrimiento orgánico (pintura/polvo/capa electrónica) --aplicado encima de un recubrimiento de conversión para una mejor protección contra la corrosión. E-coat (electrodeposición) brindó la cobertura más uniforme en formas complejas. El punto débil es cualquier rasguño, astilla o imperfección que exponga el Mg desnudo -, de ahí el valor de un buen recubrimiento de conversión debajo.
5. Prevención a nivel de diseño « Evite contactos metálicos diferentes. Utilice arandelas aislantes (nylon, PEEK), cintas de barrera o aplique sellador en todas las juntas de metal con metal. Diseñe caminos de drenaje para que el agua no pueda acumularse en superficies de Mg. Esto no cuesta casi nada, pero previene las fallas de corrosión más comunes.

• ✔
  Elija el grado de aleación de Mg según su entorno de corrosión (consulte la tabla anterior)
• ✔
  Aplicar tratamiento superficial inmediatamente después del mecanizado: no dejar expuesto el Mg desnudo
• ✔
  Aísle todas las juntas metálicas diferentes con barreras aislantes
• ✔
  Verificar los niveles de impurezas en los certificados de materia prima antes del mecanizado
• ✔
  Especifique las pruebas de niebla salina (ASTM B117) y las mediciones de corrosión en los requisitos de calificación de su pieza

Aquí en Lecreator, trabajando con varios socios, incluido el tratamiento de superficies, podemos proporcionar MAO, anodizado y conversión química como acabados posteriores al mecanizado para nuestro servicios de mecanizado de precisión para componentes de magnesio sensibles a la corrosión. El acabado que prefiera (o requiera) estará dictado por el entorno de trabajo. El marine exterior utilizará MAO más capa superior, mientras que los dispositivos electrónicos en interiores generalmente solo necesitan anodizado.

Mecanizado CNC y corrosión por magnesio « Lo que los ingenieros deben saber

El mecanizado CNC de un componente de magnesio requiere conocimientos tanto sobre el rechazo de la corrosión como sobre la seguridad contra incendios. En primer lugar, la corrosión se refiere a ñon y, en segundo lugar, al hecho de que el magnesio es inflamable y el aluminio o el acero no.

Riesgos de corrosión inducidos por el mecanizado

Durante el mecanizado, las partículas de carbono de las herramientas de corte pueden incrustarse en la superficie de magnesio. Estos sitios de inclusión de carbono forman células microgalvánicas que hacen que la corrosión avance mucho más rápido. Lecreator utiliza herramientas especiales de carburo y PCD (diamante policristalino) para trabajos de magnesio (no se utilizan herramientas de acero/hierro) para evitar la contaminación del material.

También es importante el tipo de refrigerante. Los fluidos de mecanizado a base de agua o solubles en agua reaccionarán con virutas de magnesio y superficies cortadas, generando hidrógeno e instigando la corrosión. Preferimos aceite mineral ligero o aire comprimido para el mecanizado magnético (como lubricante), y secar inmediatamente las piezas de trabajo después del mecanizado.

Protocolo de seguridad contra incendios

• ✔
  Utilice herramientas afiladas. (puntos calientes y calor) genera partículas finas y deforma el chip.
• ✔
  Utilice virutas discontinuas (ajustando la velocidad de avance), no virutas de cinta largas.
• ✔
  Guarde las virutas en bidones de acero cerrados, separados de otras virutas y metales.
• ✔
  Mantenga el extintor de incendios Clase D a mano.
• ✔
  Aplicar tratamiento superficial o algún otro recubrimiento dentro de las 24 horas posteriores a la operación de mecanizado.

Con 17 años y más de 1000 proyectos de mecanizado de magnesio completados, nuestro equipo en Capacidades de mecanizado de magnesio de Lecreator ha integrado estos protocolos en cada serie de producción. Saber manejar prácticamente el material, desde la máquina herramienta hasta el estante, previene muchos de los problemas de corrosión del magnesio que vemos en el campo.

Preguntas frecuentes sobre la corrosión del magnesio