domingo, 26 de febrero de 2017

La galvanización de los metales (II). Recubrimientos.

Hola mis queridos lector@s de El Rincón del Sueko. Hace muy poquitos días publiqué en el Rincón la primera parte de esta serie de dos titulada La Galvanización de los Metales.

Hoy finalizaremos el tema hablando ya de una forma muy particular de los tipos de recubrimientos en sí y de los diferentes tipos de baños galvánicos.


Tipos de recubrimientos.

Cobreado
Los electrolitos de cobre más empleados son aquéllos en base cianuro y en base sulfato. El electrolito cianurado (bien con cianuro potásico o sódico) apenas contiene aditivos orgánicos, al contrario del cobreado ácido que necesita una variedad de aditivos importante y un control exhaustivo para conseguir las propiedades de dureza, nivelación y brillo.

El cobreado cianurado es el primer recubrimiento de los sistemas multicapas de gran protección anticorrosiva, que se realizan habitualmente sobre zamak y/o acero como materiales base.

Niquelado
El electrolito de níquel más empleado es el denominado watts que contiene cloruro, sulfato, ácido bórico y aditivos orgánicos en su composición. Existen diferentes variedades en función de sus aditivos y abrillantantes. Los principales son el níquel semibrillante y el níquel brillante.

Los recubrimientos de níquel son una base muy apropiada para la mayoría de recubrimientos decorativos como el cromo, el latón, la plata, el oro y otros más específicos. A partir de ciertos espesores presenta buenas propiedades anticorrosivas. Por ello se utiliza tanto en aplicaciones decorativas, como la cerrajería y grifería, como en aplicaciones anticorrosivas y funcionales como son los componentes del automóvil y las herramientas.

Cromado
Los electrolitos de cromo contienen ácido crómico, pequeñas cantidades de ácido sulfúrico y según su composición catalizadores que pueden ser fluorados. El brillo, su dureza y su poder anticorrosivo son las cualidades más apreciadas. Cuando se aplica en bajos espesores en acabados decorativos y funcionales sobre depósitos de níquel se denomina cromo decorativo. Cuando se aplica sobre acero en grandes espesores como es el caso de los amortiguadores y similares se habla de cromo duro.

El rendimiento de los baños es muy reducido por lo que se generan numerosas burbujas de hidrógeno que producen aerosoles en cantidades relevantes. En los cromados duros se acumula una importante cantidad de calor debido asimismo al bajo rendimiento.

Zincado
Existen numerosos tipos de electrolitos de zinc. Tradicionalmente los más utilizados son los zincados cianurados de alta y media concentración de cianuro que poseen una buena tolerancia a la contaminación orgánica y permiten trabajar con pretratamientos no optimizados. Tienen una buena penetración.

Se está imponiendo por otro lado, los zincados ácidos, de depósitos de elevado brillo y alto rendimiento que sobre todo si son en base potasio reducen de modo importante el coste de tratamiento de las aguas y que son los ideales para la galvanización de fundición.

Por último, existen zincados alcalinos exentos de cianuro que combinan gran parte de las cualidades de los electrolitos cianurados con un tratamiento de bajo coste para las aguas residuales.

Los electrolitos de zinc-hierro y zinc-níquel son alcalinos exentos, y permiten recubrimientos con alto poder anticorrosivo.

Los recubrimientos de cinc tienen propiedades anticorrosivas y muy ocasionalmente decorativas. Por esta razón se zincan tras realizar los oportunos postratamientos piezas para el sector de componentes del automóvil y ferretería.

Otros acabados decorativos
Todos los acabados decorativos son recubrimientos de escaso espesor sobre piezas ya niqueladas, Entre los más frecuentes, aparte de los ya mencionados, está el latonado, formulado en base a una solución que contiene cianuro, amonio, cobre y cinc. La relación de la concentración entre ambos metales da una u otra tonalidad al recubrimiento.

Los electrolitos de plata y oro están formulados en base cianurada y contienen aditivos que permiten incrementar el brillo y, si se requiere, la dureza.

Otros recubrimientos
Los electrolitos de estaño-plomo, se utilizan para mejorar las propiedades que facilitan la soldadura sobre su superficie.

Los recubrimientos de cadmio han sido prácticamente eliminados en su totalidad debido a su impacto ambiental y la aparición en el mercado de aleaciones de cinc-hierro y cinc-níquel con alto poder anticorrosivo.

Recubrimiento químico por deposición de níquel
La composición de los baños químicos de níquel incluye una sal de níquel y un reductor del mismo, además de complejantes relativamente débiles. Con electrolitos modernos pueden obtenerse unas vidas del baño que equivalen a entre 5 y 10 veces el rendimiento de la carga metálica del electrolito (540 MTO = Metal-Turn-Over).

Recubrimiento químico por deposición de cobre
Los electrolitos de cobre químico contienen complejantes muy estables como el tartrato, el cuadrol y el EDTA. Los complejantes del cobre químico deben recuperarse o tratarse con tecnologías adecuadas si se quiere evitar un pésimo funcionamiento del sistema de tratamiento de aguas residuales.

Pasivados crómicos (tratamiento posterior)
Existen diferentes tipos de baños de pasivados crómicos en función de su composición, temperatura y pH. Los más frecuentes son los amarillos y los azules, teniendo menor relevancia los verdes y negros.

Por lo general se emplea este tipo de pasivados de carácter químico para evitar la corrosión de la superficie recubierta.

Ello es de especial interés para las piezas zincadas, puesto que aunque el material base está óptimamente protegido, el recubrimiento de cinc se oxida progresivamente al ser un metal poco noble. La utilización de pasivados crómicos o de otro tipo tiene lugar para piezas latonadas o niqueladas en bombo, puesto que en estas últimas el revestimiento de bajo espesor suele ser poroso y poco resistente a la corrosión.

La mayoría de los pasivados crómicos trabaja en base ácido crómico. Los pasivados azules o blancos pueden ir formulados con base de cromo trivalente.

NOTA: Adjunto el link a un archivo pdf titulado Cromo(III), una auténtica alternativa al cromo(VI)? Desde la incorporación del cromo (VI) en la lista de las sustancias sujetas a autorización, el interés por losprocesos de cromado trivalente ha ido en aumento. Dicho artículo procede de la web de Kiesow Dr. Brinkmann.


Finalmente cabe destacar que, para mejorar aún más las propiedades anticorrosivas del pasivado crómico, se está extendiendo la operación de sellado con silicatos y otras sustancias orgánicas en base acuosa.

Lacados (tratamiento posterior)
Las operaciones de lacado electrolítico en base acuosa de piezas metalizadas tienen una presencia creciente en el mercado sobre todo como protección anticorrosiva de acabados decorativos de gran valor añadido (plata, latón) o como sustituto de revestimientos electrolíticos de alto coste o de gran dificultad técnica (oro o bronce).

Los baños de lacado exigen un alto grado de mantenimiento siendo necesario al menos una ultrafiltración del baño para evitar la acumulación de ácidos orgánicos.

Postratamientos mecánicos
Las operaciones de pulido y rectificado posteriores a los recubrimientos están desapareciendo excepto en algún caso específico de piezas cobreadas o niqueladas.

Desmetalizado
La operación de desmetalizado va dirigida a eliminar los recubrimientos de piezas rechazadas o de los contactos de los bastidores sin atacar el metal base. Los desmetalizados pueden ser electrolíticos (anódicos) o químicos. Los primeros tienen una composición similar a un electrolito, los segundos suelen contener complejantes fuertes que pueden generar problemas en los tratamientos de aguas residuales.

Baños galvánicos.

El acero es el metal más empleado en el mundo. Satisface la mayor parte de las demandas de las principales industrias en términos de calidad técnica y económica para determinados usos. Sin embargo, existen una serie de limitaciones. Por ejemplo, los aceros comunes no son muy resistentes a la corrosión. Generalmente, la función de las estructuras de acero es la de soporte de la carga, por lo que una exposición prolongada puede dar lugar a daños en la integridad de la estructura con el consiguiente coste de reparación y/o sustitución.

El galvanizado es uno de los métodos que se utilizan para mejorar la resistencia a la corrosión del acero (y de las aleaciones de hierro) mediante un pequeño recubrimiento sobre la superficie. El galvanizado permite el recubrimiento de piezas de acero o de hierro fundido mediante su inmersión en un baño de cinc fundido.

En función de las características que deba presentar la protección anticorrosiva, se aplican diferentes técnicas de protección a base de cinc:

Galvanizado por inmersión en caliente.
Las piezas a tratar se sumergen, habiendo limpiado previamente su superficie, en un baño de cinc fundido que suele estar a una temperatura de 445º C-460º C. El cinc reacciona con el hierro, o el acero, formando capas de aleación sobre la superficie. La capa más externa suele ser cinc dúctil no aleado. El cinc se une metalúrgicamente al metal base para formar un recubrimiento protector que posee una excelente resistencia a la corrosión.



Galvanizado o cincado electrolítico.
Esta técnica consiste en depositar sobre la pieza una capa de cinc mediante corriente continua a partir de una solución salina que contiene cinc. El proceso se utiliza para proteger piezas más pequeñas, cuando requieren un acabado más uniforme que proporciona el galvanizado.

Linea de cincado estática.

Sherardización. 
Las piezas preparadas de hierro o acero se calientan con una mezcla de polvo de cinc y arena en tambores rotatorios a temperatura por debajo del punto de fusión del cinc (380º C-400º C), hasta que éste forma un recubrimiento cerrado sobre la superficie de la pieza. El recubrimiento es muy uniforme. El proceso, que da a las piezas un recubrimiento mate gris, se utiliza principalmente para piezas pequeñas, debido a la dificultad de calentamiento de grandes piezas de forma uniforme.

Recubrimientos con polvo de zinc.
En esta clase de recubrimiento se emplea un polvo de cinc muy fino que se halla en suspensión en un aglutinante orgánico o inorgánico. Las técnicas de aplicación de este tipo de revestimientos son similares a las empleadas para la aplicación de laca (p. ej. proyección, inmersión). Las capas de polvo de zinc presentan una conductividad limitada, ya que el zinc no se encuentra por toda la superficie en contacto con el material base y tampoco forma en las zonas limítrofes aleaciones de zinc-hierro.

Protección anticorrosiva catódica.
Un metal en estado de corrosión se disuelve anódicamente. En la protección anticorrosiva catódica se impide la corrosión haciendo del metal a proteger un cátodo. Esto se consigue disponiendo un elemento de cortocircuito compuesto del material de la pieza a proteger y de una aleación metálica menos noble; estos dos materiales presentan una conexión conductora metálica. Al sumergir la pareja de materiales en un electrolito (p. ej. agua de mar), se disuelve el metal menor noble, disociándose en iones y electrones. Los iones pasan al electrolito, mientras que los electrones pasan a través de la conexión metálica a la superficie del metal más noble. La protección anticorrosiva catódica se utiliza, por ejemplo, como protección exterior de la parte sumergida de barcos, pasarelas, muelles, rompeolas, estacas, puertas de esclusas, boyas y equipos submarinos para, por ejemplo, la extracción de petróleo y gas natural.

En el cuadro nº 3 se presenta un resumen de las propiedades del recubrimiento en función de la técnica que se utilice.


Galvanizado por inmersión
Galvanizado por proyección
Galvanizado electrolítico
Sherardización
Recubrimientos con polvo de cinc
Características del recubrimiento Formación de capa de aleación Fe-Zn recubriendo al cinc. El recubrimiento está unido al acero Buen entrelazado mecánico, tras un adecuado pretratamiento de inyección de polvo Buena, comparativamente al resto de recubrimientos Buena, la difusión del recubrimiento provee de unión metalúrgica Buena, se puede mejorar mediante inyección de polvo previa
Continuidad y uniformidad Buena. Posibles discontinuidades a simple vista. Exceso de cinc en puntos de drenaje de la pieza y esquinas Depende de la aptitud del operador. Recubrimiento poroso rápidamente relleno con productos de la corrosión de cinc Uniforme, con limitaciones de acuerdo a la solubilidad del baño Continua y muy uniforme, incluso en partes irregulares Buena, algunos poros, recubiertos con productos de reacción
Espesor 50-125 µm para tubos 10-50 µm para láminas y filamentos 5-10 µm para piezas Espesores variables entre 100-150 µm. Puede llegar a superar los 500 µm Variable entre 2,5 y 5 µm. Posibilidad de espesores superiores a costa de menor rentabilidad Variable entre 15-30 µm Superior a 40 µm
Conformabilidad y propiedades mecánicas Recubrimientos convencionales aplicados a piezas, no conformables. Capa de aleación resistente a la abrasión. Rigidez a la flexión. Aplicado a piezas terminadas, no se requiere conformado. Admite soldadura, pero es preferible realizar previamente soldadura y llevar a cabo el tratamiento posteriormente El acero galvanizado electrolíticamente tiene excelente conformabilidad y puede ser soldado mediante soldadura por punto Es aplicado a artículos terminados. No es necesaria la conformabilidad. Excelente resistencia a la abrasión Resistencia a la abrasión mejor que la de las pintura convencionales
Cuadro nº 3. Propiedades del recubrimiento en función de la técnica utilizada. Fuente: Ihobe


Para finalizar el tema de hoy, os propongo ver el siguiente vídeo donde veremos, paso a paso, el proceso de galvanización de una estructura metálica.



Un último apunte. Por casualidad encontré una página web interesantísima titulada Zinc: Que seríamos sin tí que os recomiendo su lectura. Desde que és el zinc hasta para qué se usa dando un amplísimo recorrido a todos sus usos, muchos de los cuales yo desconocía.

Un último vídeo, muy bien editado, que lleva como título Tratamientos superficiales.



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