Comportamiento de corrosión en caliente y oxidación cíclica de recubrimientos compuestos CoMoCrSi + Cr₃C₂ sobre acero MDN 420 aplicados por proceso HVOF

Protección de metales en condiciones de calor extremo

Los motores modernos, las centrales eléctricas y las calderas industriales funcionan a temperaturas tan altas y en condiciones tan corrosivas que sus piezas metálicas pueden literalmente desgastarse con el tiempo. Reemplazar estos componentes es costoso y arriesgado. Este estudio examina un recubrimiento protector especial, pulverizado sobre un acero de alta resistencia común, cuyo objetivo es evitar que esas piezas se oxiden, agrieten y desmoronen al exponerse a calor intenso y depósitos agresivos de sales.

Por qué el metal se desintegra

En muchas turbinas, calderas y plantas químicas, las piezas metálicas están sometidas tanto a altas temperaturas como a productos químicos corrosivos. El oxígeno del aire forma lentamente capas de óxido, mientras que las sales fundidas —producidas, por ejemplo, por impurezas del combustible que contienen sodio y vanadio— pueden atacar esos óxidos y abrir vías rápidas para daños adicionales. El acero desnudo expuesto a tales condiciones aumenta de peso a medida que crecen escalas de óxido gruesas y escamosas, y luego pierde material cuando esas capas se desprenden. Con el tiempo, este ciclo de crecimiento y desprendimiento conduce al adelgazamiento, la formación de grietas y la falla de componentes críticos.

Una nueva capa resistente para el acero

Los investigadores se centraron en el acero MDN 420, un acero inoxidable martensítico empleado en aplicaciones exigentes, y lo cubrieron con un recubrimiento compuesto formado por cobalto, molibdeno, cromo y silicio, reforzado con partículas duras de carburo de cromo. Utilizando una pistola de proyección por oxi-combustible de alta velocidad (HVOF), lanzaron este polvo a velocidades supersónicas sobre placas de acero, formando una capa densa de aproximadamente dos décimas de milímetro de espesor. El control cuidadoso del proceso de proyección produjo un recubrimiento con baja porosidad y una rugosidad de superficie adecuada para resistir el desgaste. El examen microscópico mostró una estructura compacta con partículas duras bien distribuidas y solo pequeñas grietas y poros, mientras que las pruebas de dureza revelaron que la superficie recubierta era más de tres veces más dura que el acero subyacente.

Cómo el recubrimiento combate el calor y la sal

Para evaluar la eficacia del recubrimiento, tanto muestras recubiertas como desnudas de acero se calentaron y enfriaron repetidamente hasta 700 °C, ya sea en aire (para probar la oxidación) o en una mezcla de sulfato de sodio fundido y óxido de vanadio (para probar la corrosión en caliente). En aire, el recubrimiento favoreció el crecimiento de capas finas y continuas de óxido de cromo y sílice en su superficie. Estas capas actuaron como una piel hermética que ralentizó la difusión hacia el interior del oxígeno y selló microgrietas entre las gotas proyectadas. Como resultado, las muestras recubiertas ganaron mucho menos peso que el acero desnudo, lo que significa una acumulación de óxidos mucho menor, y su velocidad de oxidación se mantuvo baja y estable durante 50 ciclos.

Qué ocurre en un baño de sales

Las pruebas con sales fundidas fueron mucho más agresivas, imitando las condiciones en calderas y turbinas alimentadas por combustible donde los compuestos de sodio y vanadio pueden fundirse y humedecer las superficies metálicas calientes. Aquí, el recubrimiento siguió superando al acero desnudo: las ganancias de peso y las tasas de corrosión fueron drásticamente menores. Sin embargo, los análisis detallados mostraron que la sal no permanecía simplemente en la superficie. Reaccionó con óxidos de molibdeno y cromo dentro del recubrimiento para formar compuestos sal-óxido complejos. Estas nuevas fases, como el molibdato de sodio y el vanadato de sodio, generaron escalas porosas y fácilmente fracturables. Se formaron grietas y picaduras a medida que los óxidos volátiles de molibdeno se evaporaban y la piel protectora se despegaba localmente, exponiendo material fresco a ataques adicionales.

Equilibrar resistencia y larga vida útil

En general, el recubrimiento redujo sustancialmente tanto la oxidación como las tasas de corrosión en caliente en comparación con el acero MDN 420 desnudo: sus constantes de velocidad medidas fueron varias veces más bajas. La combinación de una matriz resistente a base de cobalto, partículas duras de carburo y óxidos protectores que se forman por sí mismos permite que el acero recubierto resista temperaturas elevadas y sales corrosivas durante periodos más prolongados. Aun así, el estudio también revela los límites de esta protección: donde las reacciones inducidas por las sales y los óxidos volátiles crean poros y escalas débiles, el daño se acumula gradualmente. Para un lector no especializado, la conclusión es que los recubrimientos diseñados con criterio pueden actuar como una armadura ignífuga y resistente a productos químicos para piezas metálicas calientes, ganando mucho más tiempo de operación antes de la falla, pero que esta armadura debe refinarse más —por ejemplo, sellando poros o ajustando la composición— para soportar los entornos más agresivos cargados de sales.

Cita: S, S., Prasad, C.D., Kumaraswamy, G.N. et al. Hot corrosion and cyclic oxidation behavior of CoMoCrSi + Cr₃C₂ composite coatings on MDN 420 steel by HVOF spray process. Sci Rep 16, 10677 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45658-z

Palabras clave: revestimientos para altas temperaturas, corrosión en caliente, resistencia a la oxidación, proyección térmica, protección del acero inoxidable