Red Plague Corrosion

¿Qué es la corrosión o plaga roja?

¿Qué es la corrosión ó plaga roja?
El término plaga roja se acuñó para describir el rojo (Cu2O) y finalmente el negro (CuO) subproductos de corrosión molestos observados en los conductores de cobre-plata. Ambos productos de corrosión son generados por la reacción electro química inducida cuando se forma una celda galvánica entre el núcleo de cobre y el de plata. Durante este proceso, la corrosión del núcleo de cobre conduce a la pérdida de las propiedades mecánicas, incluidas la resistencia y la ductilidad. Por lo tanto, los cables afectados no resisten el fuerte impacto y la pesada vibración producida por la carga g, impuesta por el vuelo espacial. Además, la corrosión excesiva puede perjudicar la conductividad eléctrica y la vida de estos conductores en aplicaciones convencionales.

red plague electronic component

¿Quién se ve afectado por la corrosión / plaga roja?

Cualquier aplicación industrial que utilice conductores de cobre-plata está expuesta a la plaga roja, debido a sus efectos adversos, es un problema crítico en los sistemas militares, aeroespaciales o espaciales. Así, varios documentos que mencionan y advierten sobre el riesgo de plaga roja han sido publicados por diferentes agencias nacionales e internacionales (ECSS, ESA, NASA, Mil Spec. De la Agencia Logística de Defensa, USAF, SAE International, ASTM International, IPC Association, y otros no incluidos en la siguiente tabla). En particular, el documento “Determination of the Susceptibility of Silver-Plated Copper Wire and Cable to Red-Plague Corrosion” (ECSS-Q-ST-70-20C) y las especificaciones del “Red plague control plan” (JSC 64647), emitida por ECSS y NASA, respectivamente, establecen los protocolos y procedimientos para evitar la instalación en los sistemas de naves espaciales de conductores susceptibles a la plaga roja.

Red Plague References

wdt_ID Organization Description Reference Link
1 European Cooperation for Space Standardization (ECSS ) Determination of the Susceptibility of Silver-Plated Copper Wire and Cable to "Red-Plague" Corrosion ECSS-Q-ST-70-20C
2 European Cooperation for Space Standardization (ECSS ) Corrosion ECSS-Q-ST-70-14C
3 European Space Agency (ESA) Corrosion of Silver-Plated Copper Conductors ESA Journal, Vol. 8, 307
4 National Aeronautics and Space Administration - USA (NASA) JSC Design and Procedural Standards JSC-08080-2A
5 National Aeronautics and Space Administration - USA (NASA) JSC Wire & Cable Integrity Compliance Program JSC49879
6 National Aeronautics and Space Administration - USA (NASA) Electronic Part Selection and Design Guidelines for Low Criticality Space Flight Payloads JSC49894
7 National Aeronautics and Space Administration - USA (NASA) Red plague control plan JSC 64647
8 National Aeronautics and Space Administration - USA (NASA) EEE Parts Management And Control For MSFC Space Flight Hardware MSFC-STD-3012
9 National Aeronautics and Space Administration - USA (NASA) Evaluation of High Temperature Stranded Hook-up Wire NASA TM X-53522
10 National Aeronautics and Space Administration - USA (NASA) EEE-INST-002: Instructions for EEE Parts Selection, Screening, Qualification, and Derating NASA/TP-2003-212242
Organization Description Reference Link

¿Qué causa este tipo de corrosión?

Although other undefined agents may also play a role, red plague is initiated if both moisture and oxygen are present at the silver cupper interface according to the following reactions.

At the exposed cooper (the anode)

4Cu + 4OH = 2CuO + 2H2O + 4e

At the silver plating (the cathode)

O2 + 4H+ + 4e = 2H2O

Sum reaction

4Cu + O2 + 4H+ + 4OH = 2Cu2O + 4H2O

Por lo tanto, los estudios de ESA concluyeron que el silver plating debe estar libre de defectos y proporcionar un sellado homogéneo. Por lo tanto, se estableció un espesor mínimo de 2 μm para aplicaciones de naves espaciales con el fin de prevenir el desarrollo de la plaga roja (especificaciones ECSS). A pesar de tales precauciones, los procesos de fabricación pueden inducir pequeñas imperfecciones en el recubrimiento de plata (por ejemplo, porosidad o raspaduras profundas que penetran en el plateado) y exponer el núcleo de cobre de un filamento de alambre a agentes ambientales.

Normalmente, los desencadenantes iniciales de la plaga roja son los daños mecánicos producidos durante la fabricación: operaciones de trefilado de alambre, desgaste en los procesos de trenzado, aislamiento, etc. Todos estos factores son precursores de la corrosión, también pueden ser el resultado de un mal manejo (por ejemplo, una fuerza excesiva durante las operaciones de instalación o mantenimiento). De manera similar, un proceso de fabricación inadecuado por el cual la humedad queda atrapada durante el recubrimiento también puede inducir la corrosión de la plaga roja.

Una vez iniciada, en presencia de oxígeno y humedad, la corrosión del núcleo de cobre continúa y se propaga indefinidamente y compromete la integridad del conductor. En condiciones adecuadas, este proceso puede avanzar muy rápidamente y producir la falla total del circuito antes de ser detectado por inspecciones visuales regulares.

La imagen muestra la propagación de la plaga roja / corrosión escondida debajo de la capa plateada de un cable de Cu. La microsección (izquierda) también muestra cómo la corrosión  se inicia por un defecto micrométrico en el plateado (flecha 1).

red plague space

Plaga roja test de screening

Como se indicó anteriormente, independientemente de la calidad del proceso de recubrimiento, los desencadenadores iniciales de la corrosión se pueden formar durante el proceso de fabricación. En la primera etapa, no afectan la conductividad de los sistemas y se debe usar una prueba específica para evaluar la susceptibilidad a la plaga roja de cada conductor. Según la especificación ECSS-Q-ST-70-20C, el método de detección de plaga roja realizado en nuestros laboratorios se basa en el procedimiento sugerido por Anthony y Brown.

Este es un método de prueba acelerado mediante el cual el cable analizado se expone a condiciones de oxígeno, humedad y temperatura controladas con precisión. La configuración utilizada, que incluye un baño térmico para la regulación de la temperatura y un sistema de dosificación de oxígeno preciso, es capaz de tratar simultáneamente hasta 6 cables, lo cual es una característica importante considerando la duración de la prueba (10 días). Bajo las condiciones de prueba, la presencia de imperfecciones en las placas conducirá al rápido desarrollo de la corrosión.

Después de la exposición, la muestra se inspecciona en microscopio óptico en busca de la corrosión y se clasifica de acuerdo con los criterios de aceptación establecidos por las especificaciones ECSS. La imagen adjunta, es una muestra rechazada debido a las manchas rojas observadas después de la prueba de plaga roja (parte superior izquierda).

También se incluye una microsección realizada en nuestro laboratorio en un cable no afectado (extremo izquierdo) para ilustrar nuestra capacidad de descartar la presencia de trazas internas de plaga roja.

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