El Área de Programa de Sistemas de Armas y Plataformas del Programa Estratégico de Investigación y Desarrollo Medioambiental (SERDP) y del Programa de Certificación de Tecnología de Seguridad Medioambiental (ESTCP) ha desarrollado una estrategia para reducir el uso de cadmio (Cd) y cromo hexavalente (Cr6+) en un 90% o más en los depósitos de mantenimiento del Departamento de Defensa (DoD) durante los próximos cinco años. La estrategia incluye objetivos, métricas y acciones para demostrar cómo se puede lograr esta reducción. La estrategia emplea demostraciones in situ y aprovecha los recursos del Departamento de Defensa para replicar los procesos en toda la comunidad de almacenes del Departamento de Defensa. También incluye una ruta futura recomendada para el éxito en el área de los revestimientos avanzados.
El término «cromo hexavalente» es una designación abreviada para los compuestos químicos que contienen el elemento cromo en el estado de valencia positiva 6 . El cromo metálico se encuentra en el estado de valencia cero y el óxido de cromo natural contiene cromo en el estado de valencia 3 positivo, también llamado cromo trivalente o Cr(III). Es importante hacer esta distinción, ya que el Cr(VI) es significativamente más tóxico que las otras formas de cromo
El cromo hexavalente es un carcinógeno conocido, cuya principal vía de exposición es la inhalación de vapores o polvo. El principal riesgo para la salud derivado de la exposición al Cr(VI) es una mayor probabilidad de desarrollar cáncer de pulmón. Otros riesgos potenciales para la salud son el asma, las ulceraciones y perforaciones de los tabiques nasales y la dermatitis. En 2006, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) redujo diez veces el límite de exposición admisible (PEL), de 52 a 5 microgramos por metro cúbico, lo que lo convierte en uno de los materiales más estrictamente regulados que se utilizan en las operaciones de fabricación y mantenimiento.
El límite de exposición admisible (PEL) es la concentración máxima de una sustancia química a la que puede estar expuesto un trabajador y suele basarse en un valor medio a lo largo de un turno de trabajo de 8 horas.
A pesar de su toxicidad, el Cr(VI) tiene una serie de propiedades deseables, y se ha utilizado en revestimientos y acabados durante más de 50 años en materiales como aleaciones de aluminio, aceros, aleaciones de magnesio y otros. Cuando se incorpora a los revestimientos, el Cr(VI) en forma de compuestos de cromato proporciona una excelente protección contra la corrosión a casi todos los metales en una amplia gama de entornos. Cuando se daña un revestimiento, como un arañazo que deja al descubierto el material base, las propiedades de solubilidad de los cromatos les permiten migrar a la zona expuesta e inhibir la corrosión. Los cromatos se utilizan en una variedad de aplicaciones militares para el acabado de metales, incluyendo:
- Recubrimientos de conversión en aluminio, magnesio, y aleaciones de titanio
- Inhibidores de la corrosión en imprimaciones
- Sellado de revestimientos anodizados
- Post-tratamiento en revestimientos sacrificiales resistentes a la corrosión como el cadmio
- Pretratamientos de superficies de acero antes del revestimiento
- Imprimaciones de unión adhesiva
- Invertir en la investigación y el desarrollo apropiados de sustitutos
- Asegurar la financiación de las pruebas para calificar los materiales y procesos alternativos
- Aprobar el uso de alternativas cuando puedan funcionar adecuadamente
- Actualizar todos los documentos y especificaciones técnicas pertinentes para autorizar el uso de alternativas calificadas
- Documentar los riesgos específicos del sistema de Cr(VI) y los esfuerzos para calificar las alternativas en el Entorno Programático, Safety and Occupational Health Evaluation for the system
- Compartir los conocimientos derivados de la investigación, el desarrollo, las pruebas y la evaluación de alternativas
- Exigir a la Oficina Ejecutiva del Programa (PEO) o al nivel equivalente que certifique que no hay ninguna alternativa aceptable cuando se vaya a utilizar Cr(VI) en un nuevo sistema
Muchos cromatos se utilizan para impartir resistencia a la corrosión en lo que se denomina «apilamiento» de revestimientos.» Por ejemplo, la mayoría de los fuselajes de los aviones se fabrican con aleaciones de aluminio, que son susceptibles a la corrosión. La pila de revestimientos puede consistir en un fino revestimiento de conversión de cromato que imparte cierta resistencia a la corrosión y mejora la adhesión de los revestimientos posteriores, seguido de una imprimación que contiene un compuesto de cromato y un revestimiento superior de poliuretano.
La mayoría de las exposiciones y liberaciones potenciales asociadas a los cromatos se producen durante los procesos de eliminación de los revestimientos, como el chorreado, el lijado/rectificado y la eliminación de los acabados y/o revestimientos metálicos. Pueden producirse exposiciones adicionales durante la aplicación de tratamientos superficiales y revestimientos en los que se emiten vapores que contienen Cr(VI).
En otras aplicaciones, los componentes de los sistemas de armas se colocan en tanques que contienen soluciones de ácido crómico, en las que el cromo se encuentra en estado hexavalente, ya sea para la anodización o para el cromado duro. Estas aplicaciones son más bien para la resistencia al desgaste y, en el caso del cromado duro, para restaurar las tolerancias dimensionales en muchos tipos de componentes. Con estos procesos, no hay Cr(VI) en el producto final, pero los vapores emitidos por los tanques contienen Cr(VI) y, por lo tanto, hay que hacer un esfuerzo significativo para garantizar que la exposición de los trabajadores esté por debajo del PEL.
Una última vía de exposición de los trabajadores al Cr(VI) es el procesamiento a alta temperatura de materiales que contienen cromo, como la soldadura y la soldadura fuerte, que pueden generar humos que contienen Cr(VI).
El Departamento de Defensa se ha comprometido a reducir el uso de materiales y procesos que contienen Cr(VI). Esto se reflejó en la publicación de un memorando del Subsecretario de Defensa para Adquisiciones, Tecnología y Logística el 8 de abril de 2009 titulado «Minimización del uso de cromo hexavalente». En él, el Subsecretario afirmaba: «Debido a los graves riesgos para la salud humana y el medio ambiente relacionados con el uso de Cr(VI), están aumentando las restricciones y los controles nacionales e internacionales. Estas restricciones seguirán aumentando las cargas normativas y los costes del ciclo de vida para el DoD y disminuirán la disponibilidad de material». Además, declaró: «Esta es una situación extraordinaria que requiere que el DoD vaya más allá de los procesos establecidos de gestión de materiales peligrosos». Ordenó a los departamentos militares que:
Este memorando de política se formalizará en un nuevo Suplemento del Reglamento de Adquisiciones Federales de Defensa (DFARS) que se publicará en 2011. El memorándum también reclamaba el papel del SERDP como fuente de información sobre alternativas.
El SERDP y el ESTCP han realizado importantes inversiones durante los últimos 15 años en el ámbito del
Cr(VI). Dada la amplia gama de aplicaciones y el uso prolongado del Cr(VI), se han necesitado inversiones que van desde la investigación fundamental, pasando por el desarrollo avanzado, hasta las pruebas y evaluaciones para la aceptación de alternativas. La investigación fundamental se ha centrado en la comprensión de los mecanismos de inhibición de la corrosión de los compuestos que contienen Cr(VI) y de los inhibidores alternativos. El desarrollo avanzado se ha basado en la investigación fundamental para desarrollar nuevos materiales, nuevos procedimientos de prueba y nuevas tecnologías de revestimiento. Las demostraciones han recogido datos de validación de revestimientos alternativos en numerosos componentes de sistemas de armas. Estas inversiones han sido guiadas por numerosos talleres patrocinados por SERDP y ESTCP y han conducido a la implementación generalizada de alternativas al Cr(VI) en los depósitos del DoD y en los fabricantes de equipos originales.
Como ejemplo, a finales de la década de 1990, ESTCP patrocinó el Equipo de Alternativas al Cromo Duro (HCAT), que reunió a expertos en materiales del DoD y usuarios finales, fabricantes de sistemas de armas, y proveedores de revestimientos para demostrar y validar los revestimientos cerámicos/metálicos de pulverización térmica de alta velocidad (HVOF) como alternativa al cromado duro, principalmente en componentes de aeronaves como trenes de aterrizaje, actuadores hidráulicos y componentes de motores de turbinas de gas. Esto dio lugar a la aplicación de revestimientos HVOF en componentes de muchos tipos de aviones militares. El trabajo del HCAT, junto con otros estudios de cualificación llevados a cabo por la industria, ha llevado a la aplicación de revestimientos HVOF en los trenes de aterrizaje de todos los nuevos aviones comerciales.
Más recientemente, el SERDP y el ESTCP crearon las Tecnologías Avanzadas de Ingeniería de Superficies para una Defensa Sostenible (ASETSDefense), una iniciativa que promueve alternativas al
Cr(VI) y otros materiales peligrosos para el medio ambiente en la ingeniería de superficies a través de talleres periódicos y un sitio web. El sitio web de ASETSDefense ( www.asetsdefense.org) incluye una base de datos de ingeniería de superficies que permite a los investigadores y usuarios finales acceder a datos de pruebas de laboratorio y de campo, autorizaciones e implementaciones de alternativas a materiales y procesos peligrosos, incluido el Cr(VI).