Comportamento de corrosão eletroquímica de ligas inoxidáveis com efeito de memória de forma Fe-Mn-Si-Cr-Ni-(Co) em soluções simuladas de poro de concreto

Abstract

Fe-Mn-Si-Cr-Ni-(Co) shape memory stainless steel (SMSS) are being studied for structural applications due to their combination of lower cost and properties such as strain recovery, prestressing force generation, and energy dissipation during seismic events. However, their performance in cementitious environments subject to carbonation and chloride contamination - particularly in coastal regions - remains insufficiently understood. This study characterized the microstructure and electrochemical behavior of three SMSSs (A, B, and C) in synthetic concrete pore solutions - pH 13.8 (freshly cured) and pH 8.5 (carbonated), both without and with 0.1 M NaCl - comparing them to SAE 1020 and SAE 304 steels. Techniques employed included OM, SEM/EDS, XRD, potentiodynamic and cyclic polarization, EIS, and XPS. At pH 13.8, all materials exhibited stable passivity with low current densities. Upon reducing the pH to 8.5, the three SMSSs and SAE 304 remained passive, whereas SAE 1020 exhibited active behavior and an icorr approximately 30 times higher; furthermore, it generated a potential difference of ≈ 400 mV , indicating a severe risk of galvanic corrosion. With the addition of chlorides at pH 8.5, SMSSs A and B underwent localized corrosion, with breakdown potentials (Eb) of +677 and +930 mVAg/AgCl, respectively; conversely, SMSS C and AISI 304 remained in a passive state (Eb +1050 mVAg/AgCl). SAE 1020 was the most affected, with its Eb dropping from +1080 to +140 mVAg/AgCl. XPS analysis revealed passive films enriched in Si and Cr and depleted in Fe and Mn on the SMSSs, ensuring protection even in a carbonated environment. It is concluded that SMSS C is the most promising for use in reinforced concrete in saline environments; however, avoiding galvanic contact with carbon steel in carbonated concrete is recommended to ensure durability.

Las ligas inoxidables con efeito de memoria de forma (LIEMF) del sistema Fe-Mn-Si-Cr-Ni-(Co) se están estudiando para aplicaciones estructurales debido a su bajo coste y a propiedades como la recuperación de deformación, la generación de fuerza de pretensado y la disipación de energía durante eventos sísmicos. Sin embargo, su comportamiento en entornos cementicios sujetos a carbonatación y contaminación por cloruros —particularmente en regiones costeras— aún no se comprende lo suficiente. Este estudio caracterizó la microestructura y el comportamiento electroquímico de tres LIEMF (A, B y C) en soluciones sintéticas de poros de concreto —pH 13,8 (recién curado) y pH 8,5 (carbonatado), ambas con y sin 0,1 M de NaCl— comparándolos con los aceros SAE 1020 y SAE 304. Las técnicas empleadas incluyeron MO, MEV/EDS, DRX, polarización potenciodinámica y cíclica, EIE y XPS. A pH 13,8, todos los materiales mostraron una pasividad estable con bajas densidades de corriente. Al reducir el pH a 8,5, las tres LIEMF y el SAE 304 permanecieron pasivos, mientras que el SAE 1020 mostró un comportamiento activo y una *icorr* aproximadamente 30 veces mayor; además, generó una diferencia de potencial de ≈ 400 mV, lo que indica un riesgo grave de corrosión galvánica. Con la adición de cloruros a pH 8,5, los LIEMF A y B sufrieron corrosión localizada, con potenciales de ruptura (*Eb*) de +677 y +930 mVAg/AgCl, respectivamente; por el contrario, la LIEMF C y el AISI 304 permanecieron en estado pasivo (*Eb* +1050 mVAg/AgCl). El SAE 1020 fue el más afectado, con una caída de su *Eb* de +1080 a +140 mVAg/AgCl. El análisis XPS reveló películas pasivas enriquecidas en Si y Cr y empobrecidas en Fe y Mn en los LIEMF, lo que garantiza protección incluso en un entorno carbonatado. Se concluye que la LIEMF C es la más prometedor para su uso en concreto armado en entornos salinos; Sin embargo, se recomienda evitar el contacto galvánico con acero al carbono en concreto carbonatado para garantizar la durabilidad.