Modelado del comportamiento de corrosión uniforme del zinc en ensayos de niebla salina

Por qué esto importa para piezas metálicas de uso cotidiano

Desde las carrocerías de los coches hasta las líneas eléctricas, muchas piezas metálicas se protegen con delgadas capas de zinc que se disuelven primero para preservar el acero subyacente. Los ingenieros dependen en gran medida de los “ensayos de niebla salina” para estimar cuánto durarán estos revestimientos en ambientes salinos agresivos —como las carreteras en invierno o el aire marino—. Sin embargo, estos ensayos pueden ser difíciles de interpretar y no siempre ofrecen respuestas cuantitativas coherentes. Este artículo aborda ese problema construyendo un modelo físico por ordenador que predice la velocidad de desgaste de las capas de zinc bajo niebla salina, con la intención de convertir una prueba de laboratorio cualitativa en una herramienta de diseño más fiable.

Cómo protegen los recubrimientos de zinc el metal

Los recubrimientos de zinc actúan como escudos sacrificiales: se corroen primero, preservando el acero debajo. En agua salada, el zinc se disuelve en partículas cargadas (iones), mientras que el oxígeno del aire reacciona para formar una delgada y inicialmente parcheada capa de productos de corrosión, principalmente hidróxido de zinc y óxido de zinc. Con el tiempo, esta capa crece y puede ralentizar en parte el ataque posterior. En cámaras reales de niebla salina, la superficie no está sumergida en una piscina de agua. En su lugar, se forma constantemente una película delgada de humedad salada a partir de gotículas pulverizadas, que se espesa y luego escurre en ciclos. Esta película cambiante controla cuánto oxígeno y sal alcanzan el metal y con qué rapidez se acumulan los iones de zinc, lo que a su vez determina la velocidad de corrosión.

Construyendo un modelo de corrosión desde cero

Los autores desarrollaron un modelo numérico que conecta tres elementos clave: las reacciones electroquímicas que disuelven el zinc, el transporte de iones y oxígeno a través de la delgada capa de agua, y la formación de productos sólidos de corrosión que crean una barrera en crecimiento. Describen el movimiento iónico con una ecuación de difusión estándar, simplifican los efectos eléctricos y tratan la corrosión como una mezcla de procesos controlados por reacción y por difusión. Una relación especial, la ecuación de Brønsted–Bjerrum, ajusta la rapidez con la que se forma el hidróxido de zinc cuando la concentración de sal en la película de agua se vuelve muy alta, como ocurre con frecuencia en una capa delgada y de drenaje lento. Para mantener el modelo realista pero manejable, los autores asumen que la corrosión es uniforme en la superficie y se centran únicamente en la capa de zinc, sin incluir todavía el daño posterior al acero subyacente.

Probando el modelo frente a experimentos reales

Para ajustar el modelo, el equipo simuló primero un caso más sencillo: zinc puro inmerso en una solución salina diluida. Ajustaron tres cantidades inciertas —la tasa a la que precipita el hidróxido de zinc, la facilidad con la que los iones de zinc se mueven a través de la película y la porosidad de la capa de óxido— hasta que las simulaciones coincidieron con medidas publicadas de profundidad de corrosión, espesor del óxido y zinc liberado en el líquido. Esta calibración mostró, por ejemplo, que una precipitación más rápida engrosa la capa de óxido y ralentiza la corrosión al limitar el acceso del oxígeno. Una vez calibrados, los mismos parámetros se aplicaron a un ensayo de niebla salina mucho más realista, emulando agua de mar del estrecho de Kerch. Allí, el modelo captó un cambio importante: la corrosión comienza gobernada principalmente por reacciones superficiales pero, a medida que crecen la capa de óxido y la concentración iónica, pasa a estar limitada por la velocidad a la que las especies pueden difundirse a través de la capa cada vez más obstruida.

Por qué importa el movimiento de la película de agua

Una característica distintiva de los ensayos de niebla salina es el comportamiento inquieto de la delgada película de agua. Las gotas de pulverización engrosan gradualmente la capa hasta que la gravedad y las fuerzas superficiales hacen que porciones se escurran, arrastrando el zinc disuelto y adelgazando brevemente la película. Los autores incluyeron esto permitiendo que el espesor de la película creciera a una velocidad elegida y luego se restableciera periódicamente a un valor menor, en base a períodos de escurrido medidos y al ángulo de las muestras. Las simulaciones revelaron que mayores tasas de pulverización y ángulos de inclinación más pronunciados aumentan generalmente la corrosión al principio, al mantener la superficie bien provista de solución fresca. Intervalos más largos entre eventos de escurrido dan más tiempo para que se acumulen iones de zinc, lo que refuerza las barreras por difusión y puede ralentizar la corrosión más adelante. Cuando se incluyen estas dinámicas de la película, y la capa de óxido de zinc se supone moderadamente porosa, el modelo reproduce las tasas de corrosión medidas en ensayos de niebla salina normalmente con una precisión del orden del 20 por ciento.

Lo que el estudio significa para la durabilidad en el mundo real

En términos sencillos, el estudio muestra que cómo la película de agua salada crece, se concentra y escurre de una superficie recubierta de zinc es tan importante como la química del propio zinc para determinar la rapidez con que el recubrimiento desaparece. Una película de agua que se renueva periódicamente impide que los iones de zinc se acumulen en exceso y puede mantener velocidades de corrosión más altas, mientras que una costra densa e ininterrumpida de óxido puede frenar la corrosión pero eventualmente puede agrietarse o desprenderse. Al capturar estos compromisos en un único modelo relativamente eficiente, el trabajo proporciona una base para predecir de forma más cuantitativa la vida útil de piezas recubiertas de zinc y para extender el enfoque a ensayos de corrosión más complejos y normativos que incluyen ciclos de secado, cambios de temperatura y, en última instancia, el inicio de la corrosión del acero una vez consumido el zinc.

Cita: Chen, C., Hofmann, M. & Wallmersperger, T. Modeling the uniform corrosion behavior of zinc in salt spray testing. npj Mater Degrad 10, 37 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00749-0

Palabras clave: corrosión del zinc, ensayos de niebla salina, revestimientos de zinc, modelado de la corrosión, película electrolítica