Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 9 (1): e274. Enero-Marzo. 2025. https://doi.org/10.37636/recit.v9n1e274
ISSN: 2594-1925
1
Artículo de investigación
Estudio del efecto de la electrodeposición de iones de Ag y Cu en
superficies previamente modificadas de acero AISI 304 sobre su
susceptibilidad de inhibición antimicrobiana
Study of the effect of electrodeposition of Ag and Cu ions on previously modified
surfaces of AISI 304 steel on its susceptibility to antimicrobial inhibition
Coraquetzali Magdaleno López , Francisco José Martínez Baltodano , Gregorio Vargas
Gutiérrez
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Saltillo, Av.
Industria Metalúrgica No. 1062, Parque Industrial, Ramos Arizpe, Coahuila. México. C.P. 25900
Autor de correspondencia: Coraquetzali Magdaleno López, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del
Instituto Politécnico Nacional, Unidad Saltillo, Av. Industria Metalúrgica No. 1062, Parque Industrial, Ramos Arizpe,
Coahuila. México. C.P. 25900. Correo electrónico: coraquetzalli@cinvestav.mx. ORCID: 0000-0002-9756-5766.
Recibido: 8 de Agosto del 2023 Aceptado: 16 de Enero del 2025 Publicado: 06 de abril del 2026
Resumen. - Prevenir la bioincrustación en diferentes ambientes acuosos, sin introducir sustancias tóxicas en el entorno,
ha impulsado al desarrollo de nuevas investigaciones. La aplicación de la nanotecnología en la protección contra la
bioincrustación se ha impulsado en diversos campos. En el presente trabajo se estudió el mecanismo involucrado en la
formación de biopelículas sobre el acero inoxidable AISI 304 previamente modificado con depósito de iones metálicos
(Ag y Cu). Las superficies modificadas se caracterizaron mediante diversas técnicas, como difracción de rayos X (DRX),
microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía de energía dispersiva (EDS), ángulo de contacto y rugosidad.
De igual forma, se evaluó la actividad microbiana de los sustratos con los electrodepósitos de Ag y Cu de acuerdo con
la norma ASTM E2562-12. Mediante las micrografías MEB se pudo ver la morfología de los recubrimientos de cobre y
de plata en la superficie del acero inoxidable, donde se observó la formación de un depósito homogéneo y bien
distribuido de las nanopartículas de Cu y Ag, la composición de estas nanopartículas fue confirmada mediante el análisis
de EDS. El análisis DRX confirmó la presencia de Ag y Cu además de la austenita Fe-γ (FCC) en la superficie. Esta
austenita expandida proporciona elevada resistencia al desgaste y a la corrosión. Por otra parte, las superficies con el
depósito de plata mostraron un descenso en la actividad antimicrobiana, esto debido a que la plata interfiere en el
metabolismo celular ya sea rompiendo la pared celular o causando alteraciones genéticas en la bacteria que llevan a su
muerte.
Palabras clave: Electrodeposición; Iones metálicos; Bioincrustación; Biopelículas.
Abstract. - Preventing biofouling in different aqueous environments, without introducing toxic substances into the
environment, has driven the development of new research. The application of nanotechnology in biofouling protection
has been promoted in various fields. In the present work, the mechanism involved in the formation of biofilms on AISI
304 stainless steel previously modified with metal ion deposits (Ag and Cu) was studied. The modified surfaces were
characterized by various techniques, such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy
dispersive spectroscopy (EDS), contact angle and roughness. Likewise, the microbial activity of the substrates with Ag
and Cu electrodeposits was evaluated according to ASTM E2562-12. SEM micrographs showed the morphology of the
copper and silver coatings on the stainless-steel surface, where the formation of a homogeneous and well-distributed
deposit of Cu and Ag nanoparticles was observed. The composition of these nanoparticles was confirmed by EDS
analysis. XRD analysis confirmed the presence of Ag and Cu in addition to Fe-γ austenite (FCC) on the surface. This
expanded austenite provides high resistance to wear and corrosion. On the other hand, the surfaces with the silver deposit
showed a decrease in antimicrobial activity, this is because silver interferes with cellular metabolism either by breaking
the cell wall or causing genetic alterations in the bacteria that lead to its death.
Keywords: Electroplating; Metal ions; Biofouling; Biofilms.
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1. Introducción
La bioincrustación marina se refiere a la adhesión de organismos indeseables (bacterias, algas, percebes,
etc.) en superficies húmedas [1]. Dado que el océano representa el 71 % de la superficie de la Tierra,
muchas regiones se ven afectadas por la bioincrustación. La bioincrustación representa una amenaza
potencial para la seguridad de los equipos marinos y se convierte en un desafío para la producción
sostenible [2].
La bioincrustación también puede promover la corrosión de las superficies. El asentamiento de
organismos incrustantes en las superficies mejora los cambios localizados en el tipo y las concentraciones
de iones, los niveles de oxígeno y el pH, lo que puede inducir la biodegradación de los recubrimientos,
aumentar la conductividad del líquido y promover reacciones químicas/electroquímicas. Este tipo de
corrosión se denomina corrosión influida por microbios (MIC) o biocorrosión [3].
Dado que los recubrimientos antiincrustantes tóxicos se prohibieron a nivel mundial debido a sus impactos
negativos en el medio ambiente marino, el desarrollo de recubrimientos antiincrustantes eficientes y
respetuosos con el medio ambiente se ha identificado como una necesidad apremiante [4].
La investigación y el desarrollo de una nueva generación de agentes antimicrobianos innovadores y
efectivos se han convertido en una necesidad urgente. En esta dirección, la comunidad científica se ha
centrado en el estudio de nanomateriales, principalmente nanopartículas (NPs) de base metálica [5]. Las
propiedades químicas, físicas y biológicas de las NPs se han mejorado en relación con su área específica,
distribución de tamaño y morfología [6]. La síntesis de nanocompuestos con capacidad de controlar la
biocorrosión en la superficie del metal pueden permitir una mayor eficiencia de inhibición de la corrosión
en forma más rentable y ecológica [7,8]. Diferentes tipos de NPs de base metálica (Ag, Cu,) y no metálica
(ZnO, TiO2, CuO y NiO) han demostrado buena actividad antimicrobiana [9].
Los aceros inoxidables se utilizan ampliamente por sus propiedades anticorrosivas en diferentes entornos
húmedos. Sin embargo, en presencia de agua de mar, los aceros inoxidables son susceptibles a la
formación de biopelículas y, en consecuencia, a la bioincrustación y corrosión inducida
microbiológicamente [10].
En el presente trabajo de investigación se realizó un estudio de la implantación de NPs metálicas de Ag y
Cu con propiedades antimicrobianas en superficies modificadas del acero inoxidable AISI 304, con el fin
de desarrollar propiedades antibioincrustantes para su uso en ambientes marinos.
2. Metodología
2.1 Preparación del sustrato.
Se usaron probetas de acero inoxidable AISI 304, su composición química se muestra en la Tabla 1. A las
probetas de acero inoxidable se les aplicó un tratamiento de oxi-nitrocarburación con pastas de cianato y
carbonato de sodio a una temperatura de 550 °C durante un tiempo de 20 min [11].
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Tabla 1. Composición química porcentual del acero inoxidable AISI 304.
C
S
P
Si
Mn
Mo
Ni
Cr
Fe
Otros
0.02
0.014
0.044
0.25
1.68
1.76
9.56
18.04
68.2
0.432
2.2 Proceso de Electrodeposición
2.2.1. Determinación del potencial de reducción.
Posterior al tratamiento de oxi-nitrocarburación, se realizaron pruebas electroquímicas por medio de la
técnica de voltamperometría cíclica (VC) para obtener el potencial de electrodepósito de iones de Ag y
Cu en un electrolito de etalina (HOC2H4N(CH3)3+Cl−). Se utilizó un potenciostato/galvanostato de la
marca PARSTAT 4000®, conectado a una celda tradicional de tres electrodos de 30 ml en la cual el
electrodo de trabajo fue un disco de acero inoxidable oxi-nitrurado, el contraelectrodo fue de platino y el
electrodo de referencia fue de Ag/Ag+. Se usó una velocidad de barrido de 10 mV/s, el electrolito se
mantuvo a una temperatura de 25 ºC sin agitación.
Deposición. Una vez que se obtuvo el valor del potencial de reducción, se procedió a realizar el
electrodepósito mediante la técnica de cronoamperometría (CA). La cronoamperometría se realizó a un
tiempo de 20 min. Finalizada la electrodeposición se enjuagó la superficie, se secó por convección y se
almacenó para las pruebas de caracterización.
2.3 Caracterización química y microestructural
Las superficies modificadas fueron caracterizadas mediante un microscopio electrónico de barrido (MEB)
de emisión de campo marca PHILIPS, modelo XL30ESEM. Se realizaron mapeos elementales de las
especies depositadas de Ag y Cu. Para determinar la química superficial de los depósitos se utilizó la
técnica de difracción de rayos X (DRX).
2.4 Caracterización de la actividad microbiana
Se evaluó la actividad microbiana de los sustratos con los electrodepósitos de Ag y Cu según la norma
ASTM E2562-12 [12]. Se utilizaron Pseudomonas aeruginosa gramnegativas ATCC 27588 en agar soya
tripticaseína (TSA). Posteriormente se cultivó en agitación a 120 rpm por 16 h en medio de caldo de soya
tripticaseína (TSB) a una concentración de 300 mg/L sobre cupones limpios de 1 cm de diámetro. Se
utilizó un reactor (ISBR600) en el cual se adicionó el inóculo, ajustando un volumen final de 1000 mL
con medio TSB a 300 mg/L. Los cupones fueron colocados en el reactor en condiciones “Batch” a 75 rpm
a temperatura ambiente. Después de un día el reactor paso a una fase continúa haciendo pasar 11 mL de
medio TSB por minuto a una concentración de 100 mg/L durante un tiempo de 24 h, además se verificó
la fluorescencia de P. aeruginosa. Terminado el cultivo en fase continua, se retiraron los cupones y se
enjuagaron con solución salina estéril de 0.85% para eliminar las células bacterianas suspendidas. Los
cupones fueron colocados en tubo falcón de 15 mL y se adicionó solución salina hasta cubrir el material.
Posteriormente se realizó un desprendimiento de las biopelículas con cinco ciclos de Vortex-sonicación
por 30 s. La biopelícula suspendida se plaqueó por el método de vertido en placa para determinar las
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unidades formadoras de colonias (UFC) adheridas a los cupones, vertiendo las diluciones 10-3 a 10-5 para
los cupones con un diámetro de 1.3 cm y las diluciones 10-2 a 10-4 para los cupones de 1 cm. El conteo de
las CFU se realizó usando la ecuación 1.
Log_10 (CFU/cm2) =Log_10 [(X/B)(V/A)(D)] (1)
Donde,
X: Unidad formadora de colonias, CFU
B: Volumen plaqueado, cm3
V: Volumen raspado, cm3
A: Área superficial raspada, cm2
D: Dilución
3. Resultados y discusión
3.1 Determinación del potencial de reducción por VC
Un criterio clave para la selección de un solvente para estudios electroquímicos es la estabilidad
electroquímica de dicho solvente [13] ya que en dicho intervalo el electrolito es electroquímicamente
inerte. En la Figura 1 se observa que la ventana de potencial electroquímico para la etalina
(HOC2H4N(CH3)3+Cl−) se encuentra aproximadamente entre 1.0 y -1.0 mV, lo que implica que la ventana
de potencial del acero inoxidable AISI 304 oxi-nitrocarburado es de alrededor de 2.0 V, a una temperatura
ambiente de 25 °C y una velocidad de escaneo de 10 mVs-1. Dicho intervalo corresponde a lo observado
para el mismo electrolito por Popescu y col., 2011 [14].
Figura 1. Voltamograma cíclico del acero inoxidable AISI 304 oxi-nitrocarburado por pastas en
electrolito de etalina (1 ChCl:2 EG).
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En la Figura 2 se presentan los voltamperogramas cíclicos correspondientes a los electrolitos con cobre y
con plata obtenidos a una velocidad de escaneo de 10 mVs-1. En esta figura se observan los eventos de
reducción del cobre a un potencial de -800.0 mV (Eq. 2) y de la plata a un potencial de -600 mV (Eq. 3).
Cu2+
+
2e-
→
Cu0
Ered
Cu =-0.8 V
(2)
Ag+
+
e-
→
Ag0
Ered
Ag=-0.6 V
(3)
Figura 2. Voltamogramas cíclicos del acero inoxidable AISI 304 oxi-nitrocarburado en electrolito de etalina (1 ChCl:2 EG)
con sal precursora de: a) nitrato de cobre (Cu(NO3)2) 10mM; b) nitrato de plata (AgNO3) 10mM.
3.2 Electrodeposición metálica.
Una vez que se determinó la ventana de potencial y se determinó en que potencial ocurre la reducción de
lose iones metálicos se realizaron los electrodepósitos por cronoamperometría para encontrar el tiempo
máximo en el que la densidad de corriente es estable, ya que mediante el control del tiempo es posible
fijar la cantidad de material depositado.
En la Figura 3a se observa la curva obtenida por cronoamperometría del acero inoxidable AISI 304
modificado usando el electrolito de etalina con sal de nitrato de cobre (Cu(NO3)2) 10mM. En este caso, el
tiempo de estabilización fue de 10 min. En el caso del electrolito formado por etalina con el nitrato de
plata (AgNO3) 10mM (Figura 3b) se observa que el tiempo de estabilización fue de 7 min. Estos tiempos
corresponden a los tiempos máximos de deposición, ya que, como se mencionó anteriormente se busca
limitar el crecimiento del recubrimiento sobre la superficie.
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Figura 3. Cronoamperometría del AISI 304 oxi-nitrocarburado en electrolito de etalina (1 ChCl:2 EG) con sal precursora de:
a) nitrato de cobre (Cu(NO3)2) 10mM y potencial de -800 mV; b) nitrato de plata (AgNO3) 10mM y potencial de -600 mV.
3.3 Caracterización química y microestructural
La Figura 4a) muestra el mapeo elemental del depósito de cobre, en la cual se puede ver la morfología de
las nanopartículas de cobre sobre la superficie del acero inoxidable AISI 304 oxi-nitrurado. Se observa la
formación de un depósito disperso y homogéneo y bien distribuido sobre la superficie.
Figura 4. Análisis por mapeo elemental por rayos X del acero inoxidable AISI 304 oxi-nitrocarburado, a) con depósito de Cu
por 20 min a un potencial de -800 mV, b) con depósito de Ag por 20 min a un potencial de -600 mV.
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La Figura 4b) muestra el mapeo elemental del depósito de plata sobre la superficie del acero inoxidable
AISI 304 oxi-nitrurado. El recubrimiento resultante muestra formación de aglomerados, dejando partes
del sustrato sin recubrir. Esta formación de aglomeraciones se atribuye al tiempo de electrodepósito, por
lo que se buscará reducir el tiempo de depósito para obtener un depósito más homogéneo y disperso [15].
La Figura 5 muestra los difractogramas de rayos X de la superficie de un acero inoxidable sin tratamiento,
del acero inoxidable oxi-nitrocarburado y de la superficie del acero inoxidable oxi-nitrocarburado con
depósitos de plata y de cobre.
El análisis confirma la presencia de austenita Fe-γ (FCC) en la superficie del acero sin tratamiento al igual
que en la muestra oxi-nitrocarburada. Después del tratamiento de oxi-nitruración, se detectó nitruro de
hierro (Fe4N), magnetita (Fe3O4) y austenita expandida [γN (111). Esta austenita expandida proporciona
elevada resistencia al desgaste y a la corrosión [11]. En los patrones de difracción de la superficie de acero
inoxidable oxi-nitrocarburada y con el depósito de iones de Ag y Cu se confirmó la presencia adicional
de las señales de Ag (111) en 38.1° y Cu (200) en 50.37°, lo que corrobora que si se está realizando el
depósito.
Figura 5. Difractogramas de rayos X del acero inoxidable AISI 304 sin tratamiento y después del tratamiento de oxi-
nitrocarburación de los depósitos de plata y cobre.
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La rugosidad superficial se refiere a las variaciones en altura con respecto a un plano de referencia [16].
En la Figura 6 se muestran los valores de rugosidad media para los diferentes tratamientos estudiados,
donde se observa que la superficie del acero oxi-nitrocarburado con el depósito de plata presenta el mayor
valor de rugosidad (0.316 ± 0.5 µm), probablemente esto se atribuya a los aglomerados que se forman en
la superficie. Posteriormente le sigue la superficie oxi-nitrocarburada con una rugosidad de 0.279 ± 0.01
µm, la superficie con el depósito de cobre con una rugosidad de 0.252 ± 0.12 µm y por último el acero
inoxidable sin tratamiento con un valor de rugosidad de 0.220 ± 0.2 µm. La rugosidad de la superficie
modificada con el tratamiento de oxi-nitrocarburación con respecto al acero inoxidable sin tratamiento se
puede atribuir a la alta tasa de carbonización además que probablemente esté asociado con la
microsegregación de granos debido a la formación de precipitados. En la figura SEM del acero AISI 304
nitrurado a 580 °C con mayor aumento, (consulte la Fig. 4), revela que los precipitados de tamaño
micrométrico se encuentran principalmente en los límites de grano y, al mismo tiempo, también están
presentes algunos precipitados intragranulares. La geometría y la textura superficial en este tipo de
superficies es de gran importancia, ya que gran parte de su capacidad antibacteriana depende de estos
parámetros.
Figura 6. Rugosidad media del acero inoxidable sin tratamiento, oxi-nitrocarburado (ONC) y ONC más
depósitos de Ag y Cu.
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3.4 Caracterización de la actividad microbiana
Para analizar el efecto antibacteriano de la superficie del acero inoxidable AISI 304, se comparó el conteo
de las unidades formadoras de colonias (UFC) de la sepa de P. aeruginosa en diferentes superficies
tratadas en comparación con la superficie del acero sin tratamiento. En la Figura 7 se observa un conteo
de 1.40x107 UFC/mL para la muestra de acero inoxidable sin tratamiento, en cuanto a las superficies oxi-
nitrocarburadas se observa un aumento significativo en el conteo esto debido al aumento en la rugosidad
de estas superficies, lo que beneficia la adherencia de los microorganismos a esta superficie, esto
corresponde con el comportamiento de la rugosidad en ambas superficies, teniendo un aumento
significativo en la superficie oxi-nitrocarburadas. Este resultado muestra que el proceso de oxi-
nitrocarburación no mejoró el desempeño antimicrobiano.
Las superficies con el depósito de plata en un sustrato oxi-nitrocarburado mostraron un descenso en la
actividad antimicrobiana, esto debido a que la plata interfiere en el metabolismo celular ya sea rompiendo
la pared celular o causando alteraciones genéticas en la bacteria que llevan a su muerte [17]. La superficie
con depósito de cobre mostró el menor conteo de unidades formadoras de colonias debido a la generación
de especies reactivas de oxígeno que dañan irreversiblemente las membranas de la pared celular [18]. En
las condiciones estudiadas, el recubrimiento del cobre mostró el mejor desempeño antimicrobiano. Esto
debido a la dispersión más homogénea y libre de aglomerados que se observaron en las micrografías.
Figura 7. Representación gráfica de la actividad antibacteriana de las superficies de acero inoxidable sin tratamiento, con
tratamiento de oxi-nitrocarburación y con tratamiento de oxi-nitrocarburación + electrodepósitos de plata y cobre.
Esta investigación tiene como aportación obtener una superficie con propiedades multifuncionales. Los
electrodepósitos en superficies que previamente fueron modificadas y tuvieron una mejoría en la
resistencia a la corrosión y el desgaste gracias a la oxi-nitrocarburación, la adición de nanopartículas, las
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cuales garantizan las propiedades antimicrobianas, lo que sumado a la etapa anterior deja cubierto los tres
fenómenos relacionados con la bioincrustación (corrosión electroquímica, desgaste y corrosión inducida
microbiológicamente).
4. Conclusiones
Las superficies con el depósito de Cu resultaron en una morfología dispersa y homogénea, esto se puede
confirmar en las micrografías y el mapeo elemental; mientras que en los depósitos de Ag se forman
aglomerados, por lo cual es necesario hacer uso de un dispersante catiónico para mejorar la distribución
homogénea de las NPs de Ag. La adición de nanopartículas de plata y cobre redujeron el conteo de
unidades formadoras de colonias siendo el cobre el que menor actividad microbiana presentó, esto debido
a la dispersión más homogénea y libre de aglomerados que se observaron en las micrografías.
Posteriormente a la evaluación antimicrobiana realizada a nivel laboratorio, se pretende realizar la
selección de muestras del acero inoxidable AISI 304 con las NPs depositadas (cupones) con mejor
comportamiento, para ser evaluadas en ambientes marinos y corroborar su eficiencia frente a los micro y
macroorganismos presentes en el mar.
5. Agradecimientos
A CONAHCyT por su apoyo financiero a través del Proyecto Ciencia Frontera # 2019-845101,
“Descubrimiento Acelerado de Materiales Antiincrustantes (DAMA)”.
6. Reconocimiento de autoría
Coraquetzali Magdaleno López: Conceptualization, Methodology, Investigation, Data curation, Writing
– original draft, Visualization. Francisco José Martínez Baltodano: Methodology, Validation, Formal
analysis, Resources, Writing – review & editing. Gregorio Vargas Gutiérrez: Supervision, Project
administration, funding acquisition, Writing – review & editing.
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