ESTUDIO DE LA DEGRADACIN DE LA ALEACIN DE Zn-21WT%Al ...

8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA
Cusco, 23 a 25 de Outubro
EFECTO DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA DE LA CIUDAD DE
MÉXICO EN LA DEGRADACIÓN DE LA ALEACIÓN DE Zn-21WT%Al-2WT%Cu.
Vega Sámano H., Axotla García J. C. León Rodríguez F. M., Aguilar Márquez A., Contreras Espinoza J.
J.
RESUMEN.
Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán.
Universidad Nacional Autónoma de México.
Carretera Cuautitlán-Teoloyucan Km. 2.5, Colonia San Sebastián Xhala.
Cuautitlán Izcalli, Estado de México, C. P. 54714.
hevesa1@hotmail.com, fridam@servidor.unam.mx, armandoa@servidor.unam.mx
La aleación Zn-21wt%Al-2wt%Cu (Zinalco) se expuso a condiciones atmosféricas en tres diferentes ambientes:
rural, urbano e industrial, por un periodo de 240 días, para observar los efectos de estos ambientes en las
probetas y establecer si el ambiente afecta el comportamiento del material.
Los efectos de la corrosión atmosférica resultante se evaluaron mediante: 1) Un Análisis de Pérdida de Peso, no
encontrando diferencia significativa debido a los ambientes de exposición, 2) Microscopia de Barrido
Electrónico se observo que el ambiente de exposición influyo en la velocidad de la formación de la capa pasiva
característica del material, 3) Difracción de Rayos X con la cual no fue posible la identificación de los productos
de corrosión debido a la naturaleza amorfa de estos, 4) Análisis Estadístico de la Dureza que no mostró variación
significante entre las zonas de exposición, pero si con la testigo debido a la porosidad del material al remover los
productos de corrosión, 5) Evaluación de la Corrosión por Picaduras, el materia no mostró picaduras evidentes
en la superficie, solo un ligeras picaduras en las discontinuidades superficiales propias del material, que fueron
reveladas por la fluorescencia de los líquidos penetrantes.
PALABRAS CLAVE: Corrosión Atmosférica, Productos De Corrosión, Capa Pasiva, Picaduras, Zinalco.

INTRODUCCIÓN.
La familia de aleaciones de Zn-Al-Cu (Zinalco®) en diferentes proporciones de aleantes han sido estudiadas
en sus propiedades mecánicas [1,2,3,4,5], dada por las modificaciones que se obtienen de acuerdo a la
microestructura obtenida por los tratamientos térmicos, estas son una dureza semejante a la del acero de bajo
carbón, la súper plasticidad a temperaturas cercanas a la eutectoide y a temperatura ambiente, esto con una
estructura granular fina obtenida a través de un templado, su comportamiento en diversos ambientes corrosivos
ha sido estudiado [6,7,8,9,10], estableciendo que de estas aleaciones se obtienen graficas de ganancia de peso
con forma parabólica, que caracterizan a las aleaciones que crean una capa pasiva proporcionándole una buena
resistencia a la corrosión, estas aleaciones se caracterizan por tener un doble mecanismo de corrosión [10] por
medio del cual se crea la capa pasiva que protege a este material.
La finalidad de este estudio es observar el comportamiento del la aleación Zn-21wt%Al-2wt%Cu a
condiciones atmosféricas en tres ambientes en el área metropolitana de la ciudad de México por un periodo de
240 días, la metodología fue la siguiente:
METODOLOGÍA.
Para este estudio se decidió exponer atmosféricamente el material con la capa pasiva que desarrolla, después
de un periodo mayor a un año de almacenaje, en las condiciones normales en las que esto ocurre y evaluar el
comportamiento del material a condiciones atmosféricas. El método de limpieza para la exposición atmosférica
se escogió de tal manera que no afectara en demasía la superficie del material y su capa pasiva. La exposición se
realizo en tres diferentes ambientes según lo recomienda la norma ASTM G-50 “Practica Estándar para Conducir
Pruebas de Corrosión Atmosférica en Metales” los sitios fueron escogidos de acuerdo a los parámetros de
medición de contaminantes del sistema de monitoreo atmosférico de la ciudad de México (SIMAT) y a la norma
ASTM G-50 quedando estos en la siguientes zonas.
Tabla 1: Ubicación de los puntos de exposición.
Centro de Monitoreo Zona Tipo
Coordenadas
Latitud Longitud
Merced CE Urbano 19°25’ 27.792” 99° 07’ 09.397”
Xalostoc NE Industrial 19° 31 39.893 99° 04’ 35.201”
Villa de las flores NE Rural o suburbano 19° 39’ 27.617” 99° 05’ 46.704”
Los métodos para la identificación, registro de peso, de área, fotográfico y la colocación, se realizaron por los
medios adecuados de acuerdo a las norma ASTM G1 y G50. El seguimiento del experimento durante el periodo
de exposición se hizo mediante un álbum fotográfico semanal del aspecto de las probetas, así como
levantamientos previos para observación y los levantamientos finales se realizaron de acuerdo a los lineamientos
de la norma antes mencionada. La limpieza de los productos de corrosión de las probetas y evaluación se realizo
de acuerdo a la norma ASTM G-1. Los estudios realizados y los resultados fueron los siguientes.
ANÁLISIS Y RESULTADOS
Análisis de pérdida de peso por exposición atmosférica.
En el análisis de la perdida de peso se procedió como lo indica la ASTM G1 para la preparación, limpieza y
evaluación de la corrosión. En el registro del peso de las probetas antes y después de exposición se utilizo una
balanza SAUTER modelo D-7470, utilizando cuatro cifras significantes y para el análisis de diferencia de pesos
se decidió establecer la diferencia de peso entre el peso original y el peso después de la exposición, limpieza de
los productos de corrosión y posterior desecado para evitar diferencia de peso acreditado a humedad.
Del análisis estadístico de la pérdida de peso de las probetas expuestas a tres ambientes diferentes, se observa
que no existe diferencia significativa entre las diferentes zonas de exposición. Esto puede deberse a que la capa
protectora y pasiva que se forma en esta aleación, logro compactarse lo suficiente en el tiempo de exposición,
brindando una protección suficiente para que no se desgastara el material debido a la corrosión, de tal manera
que no hubo diferencia significativa de pérdida de peso de las probetas acreditada a las zonas de exposición,
como se muestra en la fig. 1.

% de Pérdida de Peso.
0.024
0.022
0.020
0.018
0.016
0.014
0.012
0.010
Merced
Xalostoc
Zona de Exposición.
Fig. 1: Variación promedio del porcentaje de perdida de peso en las tres zonas de exposición.
Difracción de rayos X.
Para la realización de esta prueba se utilizo el difractómetro SIMENS modelo 5000 K α con un emisor de
cobre a una longitud de onda λ = 1.546 Å con monocromador de grafito que se localiza en la Facultad de
Química de la Universidad Nacional Autónoma de México. Se hicieron varias pruebas, en la probeta testigo
tanto para establecer los componentes de la aleación como para lograr la calibración del equipo y en la probeta
de sito de exposición la Merced, considerando que esta es una de las zonas con un mayor índice de
contaminantes.
Fig. 2: Identificación de los componentes de la
aleación por medio de difracción de rayos X con la
probeta testigo.
Villa
Fig. 3: Comparación de las graficas de la probeta
testigo con la probeta con exposición en la merced,
muestran solo los componentes de la aleación por
medio de difracción de rayos X.
En las figuras 2 y 3 se puede observar que no fue posible la identificación de los productos de corrosión
formados en la superficie de la aleación, debido a la naturaleza del oxido de aluminio, la cual es amorfa y no
hace posible una correcta difracción de los rayos X, y lograr identificar los productos de corrosión, dando como
resultado solamente las difracciones características de los componentes de la aleación.
De lo anterior se observa que por medio de este estudio y por las características de los óxidos de aluminio no
fue posible identificar los óxidos formados en la superficie de la aleación encontrando que no hay variación en
los constituyentes.
Microscopia de barrido electrónico.
Para este estudio se utilizo un microscopio de barrido electrónico modelo JEOL JSM-25S II Scanning
Microscope, las fotografías se tomaron mediante una cámara Kodak de 35 mm, con la técnica de apertura
prolongada del diafragma del obturador.
Tras un proceso de limpieza (solo con agua para eliminar polvo) se observaron las superficies de las probetas
expuestas durante 240 días en los 3 distintos ambientes (urbano, industrial y rural) así como una probeta testigo.
De las observaciones hechas se puede decir que:
Las probetas mostraron diferentes grados en el crecimiento de la capa pasiva que protege a este material,
variando dependiendo de la zona donde fue expuesta como se ve en las fotografías 3 a la 8.

En la probeta testigo (figuras. 4 y 5) se observaron diversas discontinuidades en la superficie (ralladuras e
impurezas superficiales), que durante la exposición pudieron tener efectos sobre el comportamiento de la
corrosión comportándose como un potenciador para esta.
Se presumen las mismas condiciones iniciales para las demás probetas, debido a que todas fueron obtenidas de
la misma placa que la testigo, suponiendo una uniformidad en el material y condiciones de este antes de la
exposición.
Fig. 4: Probeta testigo en la que se muestra
imperfecciones superficiales (100 X Aumentos).
Fig. 5: Probeta testigo en la que se muestran materiales
extraños (2 kX Aumentos).
En la probeta con zona de exposición la Merced, área urbana (Figuras 6 y 7), la superficie de la probeta
mostró una capa de óxido blanquecino (óxido de zinc) uniforme en aumentos de 1.5 kX, al parecer mas gruesa
que en las probetas expuestas en los otros dos sitios, pero al tomar un acercamiento a mayor número de
aumentos, se observaron algunas imperfecciones en esta capa de óxido mostrando la existencia de óxido de
aluminio bajo la capa blanquecina como se mencionó en estudios anteriores [10].
Fig. 6: Probeta expuesta a un ambiente altamente
contaminado con cubierta de oxido de zinc (1.5 kX
Aumentos).
Fig. 7: Probeta que muestra oxido de aluminio por
debajo de la capa de oxido de zinc (2.5 kX Aumentos).
En las probetas expuestas en la zona de Xalostoc, área industrial (figuras 8 y 9), la superficie de la probeta
mostró posibles incrustaciones de materiales extraños que potenciaron la formación de picaduras, posiblemente
metales que formaron celdas de corrosión, así como un posible proceso de repasivación de la superficie en partes
donde el óxido superficial sufrió daños por ralladuras, mismas que volvían a ser cubiertas por productos de
corrosión que eventualmente volvería a cubrir el metal en la zona dañada; el grosor de los productos de corrosión
se considera menor que en la Merced, posiblemente debido a que la lluvia resultó ser más agresiva en esta zona
industrial que en la urbana, disolviendo los hidróxidos y precipitándolos al suelo en lugar de que se quedaran en
la superficie de la probeta para engrosar la capa de productos de corrosión protectores como sucedió en la zona
de la Merced.

Fig. 8: Probeta expuesta en zona industrial que
muestra sólidos depositados (4.5 kX Aumentos).
Fig. 9: Probeta expuesta en zona industrial que muestra
proceso de repasivación en capa dañada de oxido (7 kX
Aumentos).
En la probeta de la zona de exposición 3, Villa de las Flores área rural (figuras 10 y 11), la superficie de la
probeta mostró una capa de productos de corrosión aún en formación, posiblemente debido a que el ambiente de
exposición no resulto tan agresivo como en las dos zonas de exposición anteriores, fueron mas notorias las áreas
donde la precipitación de los hidróxidos de zinc no cubrían totalmente las zonas de fase alfa, rica en aluminio
mostrando aun el óxido de aluminio (en color negro) esto en los diferentes aumentos a los que fue observado.
Fig. 10: Probeta expuesta en zona de baja
contaminación que muestra capa pasiva en formación
(300 X Aumentos).
Fig. 11: Probeta expuesta en zona de baja
contaminación que muestra la fase alfa rica en
aluminio cubierta parcialmente por oxido se zinc (4.5
kX Aumentos).
En base a las observaciones de las figuras podemos observar que el doble mecanismo de corrosión establecido
con anterioridad [10] se cumple con la exposición atmosférica total, pero se ve afectado por la contaminación del
tipo de ambiente donde fue expuesto el material, afectando la velocidad e intensidad en que este mecanismo se
presenta.
También se considera que estos resultados pudieran variar con el tiempo de exposición, debido a que, estudios
de exposición en diversos metales tienen duración de 1 a 10 años de exposición, con los respectivos
levantamientos; pero con este estudio se pudo establecer una base de lo que pudiera suceder en las etapas
tempranas de una exposición más prolongada.
Pruebas de dureza.
La prueba de dureza se realizo con un probador de dureza digital Mitutoyo modelo 94014201, usando la
escala Rockwell B con la aplicación de 100 Kg. y una punta de bola de 1/16 de pulgada de diámetro, de acuerdo
con las tablas proporcionadas por los fabricantes del medidor de dureza. Se realizaron 12 pruebas por probeta, 6
por cada lado y se determino realizar comparaciones entre la dureza promedio de las probetas de las 3 zonas de
exposición y entre estas con la testigo, la cual no fue expuesta, estas comparaciones se realizaron por medio de
sistemas estadísticos obteniendo los siguientes resultados.
El análisis estadístico de la dureza, no mostró diferencia significativa entre las zonas de exposición. Lo que
indica que la dureza no se ve afectada por la zona de exposición.

En la figura 12 se muestra la comparación de medias de la dureza de una prueba Tukey de las probetas de
prueba de las tres zonas de exposición con la probeta testigo, observando existe diferencia significativa entre la
testigo y las probetas de las zonas de exposición 2 y 3 (Xalostoc y Villa de las Flores).
Dureza Rockwell B.
50.0
47.5
45.0
42.5
40.0
37.5
35.0
Merced
Xalostoc
Villa
Zona de Exposición.
Fig. 12: Prueba de dureza para las zonas de exposición con la probeta testigo.
Evaluación de la superficie de las probetas para la detección de picaduras por corrosión atmosférica
(prueba con líquidos penetrantes).
Se decidió realizar una evaluación para la detección de picaduras resultantes de la corrosión atmosférica, La
norma ASTM G-46 “Guía Estándar para el Reconocimiento y Evaluación de la Corrosión por Picaduras”;
proporciona los procedimientos que pueden ser utilizados en la identificación de picaduras así como la
evaluación de la corrosión por picaduras, para determinar la extensión, forma y el efecto de estas. Usando el
método de líquidos penetrantes, se demostró que la superficie quedo con una porosidad no perceptible a simple
vista, resultado del procedimiento de limpieza de los productos de corrosión, utilizando un procedimiento
modificando para la aplicación de los líquidos penetrantes se pudieron observar áreas con picaduras mas
definidas, estableciendo que el material no se vio muy afectado por estas, la porosidad de la superficie del
material se debió al procedimiento de limpieza de los productos de corrosión. Se estableció el porcentaje de área
afectada por las picaduras en las probetas que tuvieron una mayor diferencia de peso por cada sitio de
exposición, llegando a los resultados mostrados en la tabla 2.
Tabla 2: Porcentaje de área afectada por picaduras observables con líquidos penetrantes en probetas con 204 días
de exposición.
Fotografía Probeta Estación Tiempo de Exp. % Grado de Picaduras
Testigo
28 3 Merced 240 Días 22.41
29 10 Xalostoc 240 Días 10.12
30 16 Villa 240 Días 13.27
31 9 Testigo s/exp. 4.54
Los resultados obtenidos en esta prueba muestran una relación entre la porosidad la cual afecta la dureza del
material y el grado de formación de la capa pasiva que protege al material.
CONCLUSIONES.
En síntesis la aleación Zn-21wt%Al-2wt%Cu se comporto de manera satisfactoria durante el periodo de
exposición atmosférica en las tres zonas de exposición, mostrando una buena resistencia a la corrosión, esto
debido a que se completo el doble mecanismo de corrosión establecido en el laboratorio por Hernández L.,
(1981-2), sin mostrar que el ambiente influyera de manera significativa en la perdida de peso, prácticamente sin
mostrar picaduras a simple vista, en cuanto a la propiedad de dureza, la comparación de esta entre las zonas de
exposición no existió diferencia significativa, solamente con la testigo, debido a las diferentes etapas en la que se
encontraba la formación de la capa pasiva, dejando una ligera porosidad en la superficie después de la limpieza
de productos de corrosión, modificando un poco la dureza de las probetas. La difracción de rayos X no mostró
los resultados deseados para la identificación de los productos de corrosión.

REFERENCIAS.
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Advances in Science, Technology and Applications of Zn-Al Alloys. P 215-218 Edited by G. Torres
Villaseñor, Y. H. Zhu And C. Piña. Instituto de Investigación en Materiales, UNAM, México.
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zinalco (Zn-22Al-2Cu) alloy”. Applied Surface Science 195 P. 137-145.
3. Guerrero R., Farias M. H., Cota Araiza L., (2002) “Corrosion study of Zn-22Al-2Cu alloy with the surface
modified by an Y2O3 thin film”. Surface Review Letters. Vol. 9 Nos. 5 & 6 P. 1697-1701.
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Applications of Zn Al alloys. P 51. Edited by G. Torres Villaseñor, Y. H. Zhu And C. Piña. Instituto de
Investigación en Materiales, UNAM, México.
5. Hernández L., Ugalde A., Torres G., (1981) “Influencia de la microestructura en la resistencia a la corrosión
de la aleación Zn 22% p Al”. VII Congreso ANIAC. Oaxaca, México.
6. Hernández L., Torres G., (1981) “Existencia de un doble mecanismo de oxidación en la aleación eutectoide
Zn-22% p Al”. III Encuentro de Investigación Metalúrgica. Instituto de Saltillo, Coahuila México.
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sobre las propiedades mecánicas de Zn-22Al”, VII Congreso ANIAC, Oaxaca, México.
8. Torres G., (1988), “Microestructura y propiedades mecánicas del zinalco”, Ciencia No.39 Pág. 103-111.
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10. Valdez L., Negrete J., Torres G., (1984), Oxidación térmica de Zn- Al- Cu, VI Encuentro de Investigación
Metalúrgica, Saltillo Coahuila, México.
UNIDADES Y NOMENCLATURA.
Zn- Zinc (componente principal de la aleación).
21%wt Al porcentaje en peso de aluminio.
2%wt Cu porcentaje en peso de cobre.
X aumentos.
K prefijo kilo.
CE zona centro de la ciudad de México
NE zona noreste de la ciudad de México.
SIMAT Sistema de Monitoreó Atmosférico.
ASTM American Society For Testing And Materials. Sociedad Americana Para Pruebas y Materiales.
NORMAS UTILIZADAS.
ASTM B-117 “Método Estándar de Prueba de Neblina Salina“.
ASTM D-1193 “Métodos para la Preparación de Agua Grado Reactivo Tipo I y IV”.
ASTM G-1 “Practica Estándar para la Preparación, Limpieza y Evaluación de los Especimenes de la Prueba de
Corrosión”.
ASTM G-15 “Terminología Relacionada con Corrosión y Pruebas de Corrosión”.
ASTM G-16 “Guía Estándar para Aplicación de Estadística al Análisis de Datos de Corrosión”.
ASTM G-31 “Practica Estándar para Pruebas de Corrosión por Inmersión de Metales en Laboratorio”.
ASTM G-33 “Practica Estándar para el Registro de Datos de Pruebas de Corrosión Atmosféricas de
Especimenes de Acero con Recubrimiento”.
ASTM G-46 “Guía Estándar para el Examen y Evaluación de la Corrosión por Picaduras”.
ASTM G-50 “Practica Estándar para Conducir Pruebas de Corrosión Atmosférica en Metales”.
ASTM G-85 “Practica Estándar para Prueba Modificada de Neblina Salina”.