COMPRENDAMOS

Resumen

El deterioro de metales por corrosión causa un mal funcionamiento en aparatos electrónicos y equipo debido a los contactos incorrectos entre las conexiones eléctricas. Las corrientes eléctricas se generan en el orden de microamperios en microcomponentes electrónicos, alteran su funcionamiento y provocar fallas eléctricas. Los factores climáticos, combinado con las partículas finas y gases como el sulfuro de hidrógeno, óxido de azufre, monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno, que a veces superan los estándares de calidad del aire, generar ambientes corrosivos. El cambio de clima en el interior de las plantas de electrónica se debe a la variación de humedad, temperatura, concentración de contaminantes atmosféricos como el CO2, SO2, H2S, NOX, O3, partículas sólidas PM2.5 y PM10. Los contaminantes del aire y las partículas sólidas son monitoreados por la Estaciones de Monitoreo Ambiental (EMA) en Mexicali. Además, los factores climáticos se midieron con un instrumento moderno compacto: Weather Link, equipado con un registrador de datos y software. Las muestras de cobre oxidado fueron analizadas por espectroscopia de electrones Auger (EEA) y Microscopia de Barrido por Electrones (MBE).

1. INTRODUCCION

La industria electrónica ha crecido en los últimos cincuenta años, sobre todo en los países desarrollados, contribuyendo a su progreso económico. Particularmente en el Estado de Baja California ubicada en el noroeste de México, estas empresas han prosperado en los parques industriales de Mexicali considerada como una zona árida y Ensenada, un puerto y la ciudad en el Océano Pacífico considerado como una región marina. Durante el invierno y el verano, los principales factores climáticos: humedad y temperatura, afectan a los dispositivos electrónicos y las máquinas industriales en interiores de plantas industriales [1,2]. El cambio de clima en el interior de la industria electrónica se debe a la variación de humedad, temperatura, radiación solar, y a la concentración de contaminantes atmosféricos como el CO2, SO2, H2S, NOX, O3, partículas sólidas PM2.5 y PM10 [3,4].

1.1 Monitoreo

Los contaminantes del aire y las partículas sólidas son monitoreados por Estaciones de Monitoreo Ambiental (EMA) en Mexicali, mientras que el SOX y Cl^- se determinaron en Ensenada por la técnica de platos de sulfatación (TPS) y el método de la vela húmeda (MVH). Las probetas metálicas en ambas ciudades fueron analizadas por espectroscopia de electrones Auger (EEA). Los equipos electrónicos industriales instalados en la industria electrónica están equipados con cobre, por su eficiente conductividad eléctrica y térmica [5]. Con el deterioro del cobre, disminuye el rendimiento de los equipos electrónicos, que fallan y se originan pérdidas económicas. Estos equipos están expuestos a ambientes agresivos en interiores originando daños por corrosión [6].

1.2 Ensayos de corrosión.

Las muestras de cobre fueron expuestas en ambientes interiores de plantas industriales por un período de dos años en Mexicali y seis meses en Ensenada. Los especimenes se evaluaron de acuerdo a las normas ASTM G 1, G-4, G 31, y se correlacionaron con rangos mínimo, promedio y máximo de humedad relativa (HR), tiempo de humectación (TH) y temperatura. La industria electrónica en Mexicali, considerada una zona árida, esta localizada en parques industriales, mientras que en Ensenada, las plantas industriales se encuentran de 1 km. hasta 10 km. de la orilla del mar.

2.FACTORES CLIMÁTICOS Y CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Los contaminantes del aire como el CO2, NOX y sulfuros penetran a través de los sistemas de aire acondicionado, sus orificios y rendijas. La corrosión afecta a las conexiones y conectores eléctricos de equipos electrónicos y otros dispositivos electrónicos protegidos con materiales plásticos o metálicos. La corrosión atmosférica es un fenómeno electroquímico que ocurre al formarse una película húmeda sobre las superficies metálicas, originado por factores climáticos (Tabla 1).

2.1 Influencia del clima y contaminación atmosférica en la velocidad de corrosión.

Los valores de humedad relativa y temperatura superiores son 70% y 35 º C en verano y 80% y 20 º C en invierno en Mexicali, y rangos mayores al 80% y 10 º C en Ensenada en la mayor parte del año. Los altos niveles de humedad y temperatura elevada incrementan la velocidad de corrosión (VC) del cobre . En verano la VC fue mayor después de seis meses en Mexicali y por esta razón se hizo la evaluación también durante seis meses en Ensenada. En ambos ambientes, para temperaturas en el rango de 25 º C a 35 º C, y HR del 30% al 70%, la VC fue alta. En invierno, a temperaturas de 15 º C a 25 º C y HR fue de 35% al 75%; el agua se condesaba y se generaba una película húmeda sobre la superficie del metal y la velocidad de corrosión del cobre se incrementó. Las variaciones de la HR y temperatura en el rango de 0% a 80% y de 0 º C a 35 º C, y con elevadas concentraciones de contaminantes atmosféricos, como sulfuros en las zonas áridas y cloruros en ambientes marinos. La Tabla 2 muestra la correlación entre el cobre y los contaminantes del aire: SO2, NOX y O3, factores climáticos (HR) y temperatura, el nivel de concentración de contaminación y VC de la ciudad de Mexicali. El SO2, es el contaminante atmosférico con un mayor efecto a la corrosión del cobre. El valor más alto de VC fue 283 mg/m².año.

Tabla 2. Correlación del clima y la contaminación con la VC en Mexicali (2008).

[a] HR. Humedad Relativa (%), [b] T. Temperatura (ºC),

[c] C. Niveles de Concentración de Contaminación del Aire (ppm), [d] VC- Velocidad de corrosión (mg/m².año).

Las técnicas de microscopía de barrido con electrones (MBE) y espectroscopía de electrones Auger (EEA), se aplicaron para determinar los productos de corrosión formados en la superficie de cobre [7,8]. Las imágenes de MBE se muestran en las microfotográfias del efecto de la corrosión, seleccionando algunas zonas puntuales para ser analizados por la técnica EEA. En ambas técnicas, se observan en mayor porcentaje niveles de cloruros en Ensenada y sulfuros en Mexicali, la presencia de Cl y S como los iones corrosivos principales presentes en el cobre productos de corrosión (Figura 1).

3. EVALUACIÓN DE PRODUCTOS DE CORROSIÓN

Los espectros de EEA de las muestras de Cu fueron generados utilizando un haz de electrones 5keV, que muestran un análisis de la composición química de las películas formadas en la superficie de Cu en Ensenada (Figura 1a) y en Mexicali (Figura 1b). Dichos espectros muestran el análisis de superficie de tres puntos evaluados en diferentes zonas de las probetas metálicas [9,10]. En la Figura 1a, los análisis revelan la presencia de carbono y oxígeno, cloruros y sulfuros, con una concentración variable en la composición química en las tres regiones analizadas, donde el contaminante principal es Cl^- [11,12]. La Figura 1b corresponde a los especimenes instalados en las plantas industriales de la ciudad de Mexicali. En las regiones de la superficie de cobre analizado se observaron diferentes concentraciones de azufre, carbono y oxígeno, mientras que el principal contaminante atmosférico fue H2S [13,14].

La concentración atómica (%) de los elementos químicos en cada espectro se muestra en la Tabla 3. Se utilizo el programa de simulación matemática Sigma Plot y la resolución espacial de esta técnica es de alrededor de 100 nm y de 1 nm de profundidad.

* Los puntos en la Figura 1 muestran áreas de mayor corrosión.

Conclusiones

Los equipos electrónica instalados en plantas industriales están expuestos a los factores ambientales y a los contaminantes atmosféricos. La corrosión del cobre en ambientes de interiores es una variación de la corrosión atmosférica del exterior. En el interior de las plantas de la industria electrónica, se genera una película húmeda sobre la superficie del metal que inicia el proceso de corrosión, siendo más delgada y con frecuencia se rige por las condiciones de HR y temperatura. En ocasiones, la temperatura del ambiente interior y la HR son controlados y, en consecuencia, la cantidad de agua adsorbida en superficies es metales y la subsecuente corrosión.