Ánodo de titanio MMO para puentes

Los puentes, como ejes centrales de la infraestructura de transporte, son cruciales para el funcionamiento estable de las redes de transporte y la seguridad pública. Debido a la erosión a largo plazo del entorno natural y las cargas, la corrosión se ha convertido en la principal amenaza para la integridad estructural de los puentes. Los puentes costeros se enfrentan a una erosión persistente debido a la alta salinidad y la inmersión por mareas. Los puentes interiores soportan los efectos combinados de los contaminantes industriales, la lluvia ácida y los electrolitos del suelo, lo que provoca problemas frecuentes como la corrosión del acero y la carbonización y el desconchado del hormigón.

Los métodos tradicionales de anticorrosión, como los recubrimientos y los ánodos de sacrificio, presentan limitaciones significativas: los recubrimientos son susceptibles a fallas debido a defectos de construcción o daños externos. Los ánodos de sacrificio (como los de aluminio y zinc) tienen una vida útil corta (normalmente de 5 a 8 años) y una salida de corriente inestable, lo que los hace incapaces de cumplir con los requisitos de servicio de un siglo de los puentes de gran longitud. En este contexto, Ánodos de titanio MMO (ánodos recubiertos de óxido metálico a base de titanio), con sus principales ventajas como estabilidad dimensional, larga vida útil y alta eficiencia de corriente, se han convertido en un soporte tecnológico clave para la protección contra la corrosión de puentes a largo plazo.

El ánodo de titanio MMO se basa en titanio puro industrial y está recubierto con una mezcla de óxidos de metales preciosos como iridio, rutenio y tántalo. Como componente principal del sistema de protección catódica por corriente impresa, se adapta a diversos entornos complejos, como agua de mar, suelo y agua dulce.

Principio de funcionamiento de los ánodos de titanio MMO

La aplicación de ánodos de titanio MMO en la protección contra la corrosión de puentes se basa en la tecnología de protección catódica por corriente impresa. Este proceso electroquímico altera el potencial de la estructura metálica del puente (principalmente barras y pilotes de acero) para inhibir las reacciones de corrosión.

(I) Polarización catódica

La corrosión de las estructuras de acero de los puentes es esencialmente una reacción redox que ocurre en la superficie metálica: el hierro (Fe) pierde electrones para formar iones de hierro (Fe²⁺). Esto se conoce como reacción anódica (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻). Los electrones fluyen a través de la matriz metálica hacia la región catódica, donde se combinan con oxígeno y agua para formar iones de hidróxido (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻), que finalmente forman óxido (Fe(OH)₃).

La función del ánodo de titanio MMO es forzar el cambio de dirección de esta reacción mediante una fuente de alimentación de CC externa: el terminal positivo de la fuente de alimentación se conecta al ánodo de titanio MMO y el terminal negativo a la estructura de acero del puente. Al recibir alimentación, el ánodo de titanio MMO libera electrones, convirtiéndose en el terminal de salida de corriente. Los electrones fluyen a través del entorno electrolítico (agua de mar, suelo, fluido intersticial del hormigón) hacia la superficie de la estructura de acero, lo que provoca que esta adquiera un exceso de electrones y experimente polarización catódica. El potencial superficial de la estructura de acero desciende por debajo de -0.85 V (en relación con un electrodo de referencia de Cu/CuSO₄). En este punto, se suprime la reacción de oxidación del metal, en la que se pierden electrones, y cesa la corrosión.

(II) Catálisis anódica

La actividad catalítica del recubrimiento de MMO es clave para garantizar el funcionamiento eficiente del sistema. En diferentes medios, el recubrimiento cataliza reacciones de oxidación específicas: en entornos con cloruro, como el agua de mar, el... rutenio-iridio El recubrimiento cataliza la conversión de iones de cloruro (Cl⁻) en cloro gaseoso (2Cl⁻ → Cl₂↑ + 2e⁻); en el suelo y el agua dulce, el recubrimiento de iridio-tántalo cataliza la conversión de moléculas de agua en oxígeno (2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻). Estas reacciones liberan electrones de forma eficiente, asegurando que el ánodo mantenga un potencial estable incluso a altas densidades de corriente, evitando así que la polarización provoque la desintegración de la corriente protectora.

Tipos de ánodos de titanio MMO

En función de las características estructurales de los puentes (como pilotes de acero, vigas de hormigón y pilones) y el entorno de servicio (agua de mar, suelo o agua dulce), los ánodos de titanio MMO se han clasificado en cuatro tipos principales.

(I) Ánodo de titanio MMO lineal

Los ánodos lineales son el tipo más común para la protección contra la corrosión de puentes. Consisten en un sustrato de alambre de titanio (1.5-3.0 mm de diámetro), un recubrimiento de MMO y una funda protectora exterior. Se utilizan materiales auxiliares como polímeros conductores y carbón activado para crear un sistema de ánodo flexible y maleable. El recubrimiento es un iridio-tantalio Recubrimiento (IrO₂/Ta₂O₅), apto para diversos entornos, como suelo, agua dulce y salobre. Su radio de protección puede alcanzar de 3 a 5 metros. Se entierran en el suelo alrededor de los cimientos de los pilares de los puentes o se envuelven alrededor de los pilotes de acero de los puentes marítimos.

(II) Ánodos tubulares de titanio MMO

Basados ​​en un tubo de titanio industrialmente puro (de 10 a 50 mm de diámetro), la superficie interior o exterior está recubierta con un recubrimiento de MMO. Estos ánodos ofrecen alta resistencia y resistencia al impacto, lo que los hace ideales para proteger pilares de puentes en entornos hostiles. El recubrimiento utiliza rutenio-iridio (IrO₂/RuO₂/TiO₂), que prioriza la evolución del cloro. Se utiliza un recubrimiento de iridio-tántalo para mejorar la resistencia a la corrosión en entornos terrestres. Se utiliza como ánodo para pilares de puentes en aguas profundas y se entierra verticalmente en lodo marino o lechos de ríos.

(III) Ánodo de titanio MMO en tira

El ánodo de banda está fabricado con un sustrato de cinta de titanio (6.35-12.7 mm de ancho y 0.635 mm de espesor) recubierto con un revestimiento de MMO, lo que facilita su instalación en áreas extensas. El revestimiento uniforme de iridio-tántalo proporciona una resistencia excepcional a la corrosión, sin mostrar desgaste significativo tras una prueba de corrosión acelerada de 5000 horas. Su amplia superficie permite una distribución de corriente más uniforme y una vida útil de hasta 50 años. Se instala en el interior de las vigas cajón de los puentes de hormigón o en la base de los pilares para proteger la malla de acero densamente distribuida.

(IV) Ánodo de titanio MMO de varilla

El ánodo de varilla es una varilla sólida de titanio (3.2-25 mm de diámetro). Se utiliza un recubrimiento de rutenio-iridio en entornos marinos. Los recubrimientos de iridio-tántalo se utilizan en entornos de agua dulce/terrestre. Un ánodo de varilla de 25 mm de diámetro tiene una corriente nominal de hasta 44.1 A/m en agua marina. Se utiliza en zonas con alto riesgo de corrosión, como fondos de puentes y juntas de estructuras de acero.

Wstitanium utiliza un sustrato de titanio de alta pureza superior al 99.9 %. Su resistencia a la fatiga aumenta un 40 %, lo que lo hace menos susceptible a la deformación y el agrietamiento en entornos de tensión complejos, como la compresión del suelo y el impacto del agua de mar. El recubrimiento utiliza una tecnología de recubrimiento en gradiente: una distribución en gradiente de rutenio, iridio y tántalo mejora la resistencia de la unión entre el recubrimiento y el sustrato a más de 50 MPa. Con una alta densidad de corriente de 15 A/dm², la tasa de pérdida del recubrimiento es de tan solo 1 mg/Aa, lo que prolonga la vida útil en un 50 % en comparación con productos líderes del sector: hasta 40 años en suelo y 25 años en agua de mar.