Metalurgia: Galvanizado

Industriales. Fases. Fundentes. Mecánico. Cincado

  • Enviado por: Jéssica Vega
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 11 páginas
publicidad
publicidad

INTRODUCCION

El proceso de revestimiento es conocida desde hace muchos el cinc se uso con fines ornamentales . La primera aplicación práctica que se recuerda data de comienzo del siglo XIX, con el recubrimiento de medallas mediante polvo de oro. La idea del recubrimiento metálico fue utilizada para combatir la corrosión , empleando metales nobles que se protegen a los atacables ;así la galvanostegia.

La evolución de la galvanización siguió los pasos de la industria y con la creación de nuevas fuente de energía eléctrica, fué posible ampliar lo métodos de trabajo, llegándose primeramente al desengrasado, luego el decapado, a la coloración y recuperación de metales y finalmente al cromado duro y al poroso.

A partir de 1930 se observó una marcada tendencia al desarrollo científico del galvanizado y la Segunda Guerra Mundial aceleró esa tendencia , para logra una producción de calidad de galvanizado de espesores y características definidas.

En este trabajo se explicara el proceso de revestimiento de piezas con cinc, ya que este es muy activo y se oxida muy rápidamente en el aire, formando una capa de oxido de cinc que protege de toda corrosión hacia el interior de la pieza .Por esto es su uso en la industria ,además que no es afectado por aire seco y con el aire húmedo se oxida formando la capa protectora en la superficie.

El galvanizado puede ser, en caliente, mecánico(que funciona a temperatura ambiente, no se aplica electricidad y sin calor).

El cincado consiste en aplicar por vía eléctrica sobre la superficie de una pieza de hierro, convenientemente preparada, de un recubrimiento de cinc. La diferencia es que en el cincado se realiza por vía electrilica y el galvanizado se basa en la diferencia de potencial electroquimico entre el cinc y los demas metales.

GALVANIZADO

El galvanizado consiste en un proceso sencillo, el que no tiene complicación como otros proceso de protección contra la corrosión. Este proceso produce una protección catódica esto es por el hecho de que el potencial de reducción del cinc es más negativo que el del hierro, con -0.44 V y -0.76 V respectivamente.

GALVANIZADO EN CALIENTE

El proceso de galvanizado consta de tres etapas basicamente que son:

  • Preparación de la superficie

  • Galvanizado

  • Inspección

Preparación de la Superficie

Esta es la etapa de más importancia ya que cuando el recubrimiento falla con anterioridad al término de su esperada vida útil se debe a una inadecuada preparación de la superficie, esta etapa se puede subdividir en :

  • Limpiador alcalino,o desengrase

  • Bañado o agua caliente

  • Decapado o baño de ácido

  • Bañado o agua fria

  • Solución flux o fúndente

  • Desengrasado

  • En general en esta etapa se requiere que la superficie del metal base esté sustancialmente libre de grasas y aceites , que pueden provenir de algún proceso como el de maquinado, o escamas y manchas resultantes de tratamientos químicos ,soldadura o pinturas. A fin de lograr un buen recubrimiento deberán eliminarse todas las suciedades o impurezas perjudiciales ; de lo contrario, se obtendrán recubrimientos que no son adherentes. Además, se debe evitar que la materia grasa contamine las solciones posteriores .En la mayoría de los casos ,se emplean soluciones limpiadoras alcalinas ligeramente básicas (ph 10.5 a 12 ).La materia alcalina más usada es la soda cáutica en una proporción de 1 kg. de soda por 12 litros de agua y a una temperatura de 85ºC aproximadamente.

    En el caso de piezas mecánicas en que los aceites son sulfonados es conveniente utilizar soluciones acuosas de hidróxido de sodio o algún detergente en solución acuosa.

    2. Bañado (agua caliente)

    Aquí la pieza pasa por agua caliente entre 80 a 90ºC, tiene por objeto despojarla de todo vestigio alcalino, proveniente de la acción limpiadora anterior. Un enjuague deficiente anulará el objeto de cada uno de los otros pasos en el ciclo de recubrimiento. Esto causara piezas manchadas ,desprendimiento de película protectora y soluciones contaminadas.

    3. Decapado

    Durante la fabricación de piezas metálicas se producen de óxido que deben ser eliminado como parte importante de los procedimientos de acabado de los metales. Este procedimiento se efectúa por inmersión de las piezas metálicas en soluciones ácidas. La mayoría de las operaciones de decapado consisten simplemente en la disolución de las capas de óxido en el ácido.

    Para el acero se aplican las siguientes reacciones:

    • Fe2O3 + 2H2SO4 + H2 ------------ 2FeSO4 + 3H2O

    • Fe3O4 + 3H2SO4 + H2 ------------ 3FeSO4 + 4H2O

    • FeO + H2SO4 ------------ FeSO4 + H2O

    El hidrogeno puede ser proporcionado por la reacción del ácido con el acero:

    • Fe2O3 + 6HCL ------------ 2FeCl3 + 3H20

    Esta reacciones son en general aceleradas por un aumento en la concentración del ácido, temperatura, o agitación y disminuyen en velocidad según la solución se vuelve más concentrada en el metal que se disuelve.

    Cuando la capa de óxido es uniforme y todas las superficies han estado igualmente expuesta al ácido, el trabajo puede ser extraído tan pronto esté libre de la capa de oxido, evitando de este modo cualquier ataque serio al metal. Cuando la acción decapadora no es pareja, debido a que la capa de óxido no es uniforme o por otros factores, con frecuencia hay exceso de ataque en algún area. Esto produce una superficie extremadamente áspera e inutiliza el trabajo para muchas aplicaciones. Para evitar esto se le agregan al baño decapado inhibidores para reducir el grado de ataque en el metal.

    Para el caso de decapado con ácido sulfírico la concentración de ácido y la temperatura por seleccionar están relacionada con el factor económico.

    El rendimiento optimo de decapado se considera empleando una concentración de un 7% a 9% , una temperatura entre 60 a 80 ºC, de esta forma se minimiza el sobrecapado. Durante el proceso la concentración de ácido disminuye gradualmente a medida que el contenido de sales de hierro aumentan .

    En un baño de ácido sulfúrico que posea una concentración de sales de un 12%, tenemos una acción decapadora que disminuye alrededor de un 90%

    Para el decapado con ácido clorhídrico, el cual es usado en menor proporción que el ácido sulfúrico debido a que es más costoso y produce el desprendimiento de vapores toxicos, este es usado en muchos establecimientos pues proporciona una buena velocidad de decapado a temperatura ambiente.

    La acción del ácido clorhídrico aumenta a medida que sube la concentración de sales de hierro disueltas en él. Un baño de ácido clorhídrico con un contenido de 16% de hierro, tiene una velocidad de decapado 4 veces mayor que su valor original.

    En todo decapado, la agitación de la solución ácida es ventajosa, ya que aumenta la acción del ácido y la mantiene uniformemente sobre la superficie de trabajo.

    Existen otros métodos de decapado, este se denomina Granallado o Arenado.

    4. Bañado (agua fría)

    En esta etapa se prodoce una disolución completa del ácido y las sales de óxido de hierro producidas en la etapa de decapado mediande la inmersión de la pieza en un baño que comunmente es de agua fría.

    5. Baño de Fundente

    Etapa final de la preparación de superficie, aun la pieza se somete a un baño de sal flux en la que se eliminan óxidos y previene contra la formación de otros óxidos en la superficie del metal antes del galvanizado propiamente tal.

    Los fundentes aceleran la fusión de los metales, es decir que la combinación entre fierro y cinc sea más rápida, y estos se peueden clasificar en:

    • Fundentes líquidos

    • Fundentes espumantes sobre el cinc fundido

    Aun cuando estos fundentes tienen sus limitaciones y condiciones especiales de uso, prácticamente toda clase de metales pueden ser galvanizado con cualquiera de estos fundentes.

    Fundentes Líquidos

    • Ácido clorhídrico: Es el más usado por sus propiedades favorables.

    • Cloruro de Amonio: Llamado comúnmente como sal de amoniaco, proviene de las soluciones crudas de amoniaco, resultantes de los subproductos de fabricación de cobre.

    • Cloruro de Amonio - Cinc: Este cloruro, debe su nombre a una sal doble de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El uso de esta sal, como fundente no es satisfactoria, ya que absorbe agua rápidamente y va en desmedro de su contituyente principal, que es el cloruro de amonio. Cuando este esta en solución acuosa y aparecen cristales, es por que ha alcanzado su concentración y temperatura adecuada.

    • Cloruro de Cinc: Este puede ser aprovechado en su estado sólido granular,liquido o bien una solución acuosa de sal. En su forma sólida es de apariencia blanca pero pequeños vestigios de hierro dan tonalidades verdes o pardas.

    Fundentes Espumentes

    Etapa anterior al baño de cinc, en la que la pieza pasa por un fundente espumoso de cloruro de amonio depositado sobre a el cinc fundido. Sustancias como afrecho o harinilla de avena, aserrín, sebo o gricelina, se agregan a la fusión en pequeñas cantidades con el objeto de estabilizar la espuma, reducir la emanación de gases y economizar el cloruro de amonio.

    Fundente o Baño de Cinc Fundido

    Inmediatamente después de haber terminado la etapa de fundente, se procede a depositar las piezas sobre el crisol de cinc liquido. El material es sometido en un baño de un 98% de cinc fundido puro que se encuentra a una temperatura de 850ºF aproximadamente.
    El acero queda libre de óxido de hierro y cubierto en toda la superficie de una capa de cinc que la protege.

    GALVANIZADO MECÁNICO

    Es proceso que funciona a temperatura ambiente en el cual los recubrimientos de metal son aplicados sin electricidad(como ocurre en el cincado)y sin calor (como el galvanizado en caliente).El revestimiento puede ser aplacado sobre piezas de acero con alto y bajo carbono, acero emplomado, acero nitrado, algunos aceros inoxidables, latón, bronce, cobre y aluminio. La uniformidad de l grosor varia en 20% son más suaves y mejor uniformidad que el galvanizado por inmersión en caliente.

    Los ambientes químicos que hay tanto en la preparación de la superficie como en el recubrimiento (en el barril),son relativamente más suaves.

    Mecanismo

    El procedimiento en si es una reacción simultánea de depositación metálica catódica y de oxidación anodica del reductor (RH)

    Las reacciones que ocurren son las siguientes:

  • RH --------- R + H

  • R + (OH)- --------- ROH + e-

  • H + H --------- H2

  • H + (OH)- --------- H2O + e-

  • Mn+ + ne- -------- M0

  • Las ecuaciones 3 y 4 representan la recombinación y la ionización del hidrógeno atómico absorbido respectivamente, el cual puede ocurrir en forma paralela al proceso.

    Este proceso también consta de varias etapas que son:

    • Preparación de Superficie.

    • Descripción de el Proceso.

    • Separación.

    • Enjuague

    • Remoción de agua y Secado.

    Preparación de Superficie

    Se efectúan las operaciones similares a las descritas en el proceso de galvanizado en caliente tales como desengrasado, bañado en agua caliente y decapado.

    Descripción de Proceso

    De la etapa anterior las piezas son puesta en un barril giratorio junto con bolitas de vidrio, agua templada y sustancias químicas acondicionadoras de superficie .La pasta de bolitas es de dos o más tamaños que varían entre 0.006” a 0.25”. Las bolitas ejercen una acción de fricción que ayuda a la eliminación de óxido durante una etapa de preparación de superficie y amortigua las piezas pesadas. La calidad y forma afectaran la eficiencia del revestimiento , la calidad los costos generales. La dimensiones de los huecos, ranuras y radios internos de las piezas determinan las dimensiones y forma de las bolitas.

    Las sustancias química que acondicionan la superficie son agregadas para eliminar óxidos, escamas, carbonatos y proporcionan el ph adecuado para producir la reacción de revestimiento ,además todas estas sustancias químicas son generalmente diseñadas para ser compatible con las etapas subsiguiente ,eliminando el lavado entre cada etapa.

    Después determinar de acondicionar la superficie, las sustancias químicas promotoras o aceleradoras son agregadas a la carga dentro del tambor giratorio. Los promotores ayudan a controlar la reacción y el tamaño de los aglomerados de polvos metálicos del recubrimiento. Una segunda función es hacer que las partículas metálicas migren y se adhieran a la superficie metálicas limpias del objeto que va ha ser recubierto. Una tercera función es reducir la fricción interna en la pasta de galvanizado para mejorar el flujo de materiales hacia dentro y hacia fuera de las áreas huecas.

    En este ambiente es agregado el polvo protector al el barril. La cantidad depende de la pieza y espesor del revestimiento deseado. El espesor es independiente de el tiempo de platinado

    La cantidad total de polvo metálico se agrega en dosis de metal más pequeñas que ayudan proporcionando un revestimiento más uniforme. Hay muchos tamaños y grados de polvos metálicos. El ciclo de galvanizado dura entre 30 a 45 minutos.

    Separación

    En esta etapa se separan la pasta de bolitas de impacto de las piezas y carga las piezas procesadas a la operación siguiente. El separador puede ser un harnero vibrador, una cinta magnética o combinación de ellas.

    Enjuague

    Se efectúa un procedimiento similar al descrito en el galvanizado en caliebte, con el objeto de eliminar restos de solución de la etapa previa que puede causar deterioro o manchas en la pieza.

    Remoción de Agua y Secado

    Es importante el secado rápido para evitar manchas o marcas de agua sobre las piezas recubiertas ,esto en cuanto a su apariencia. Por otra parte se debe quitar toda la humedad residual de hendiduras , lo que podría ser una fuente de corrosión.

    Existen numerosas técnicas de secado dentro de las cuales la más común es la del secador de túnel para secado continuo con correa transportadora.

    CINCADO

    El cincado consiste en aplicar un revestimiento de cinc vía eloctrilítica sobre la superficie de una pieza, covenientemente preparada. El cincado brinda un revestimiento de mejor adherencia y dutibilidad, además de mayor pureza, lo que significa mayor resistencia a la corrosión. También es posible recubrir con películas más delgadas eso significa mayor economía.

    Generalmente se calcula que basta de 100 a 200 gr. de cinc para recubrir una superficie de 1 m2, lo que corresponde a una película de 0.015 a 0.03 mm de espesor. Se aplica generalmente para protección de metales ferrosos. El pH de la solución oscila entre 3.5 y 4.5, y el contenido de ácido de los baños de cinc será de 0.1 a 0.5 % del contenido en cinc.

    Cuanto más alta sea la temperatura del electrolito, mayor debe aumentarse la densidad de corriente o amperaje, para dejar dando recubrimiento brillante y de buen acabado. La densidad de corriente o amperaje que generalmente se aplica, no debe ser de valores muy bajos, pues se pude obtiener un cincado de estructura discontinua y de mal recubrimiento.

    El cincado consta de utensilios como:

    • Cubas.

    • Ánodos.

    • Electrolitos.

    Cubas

    Las cubas que contienen electrolitos de flouboratos deben ser revestidas de goma y los tambores con goma dura o bakelita; los accesorios como filtros, bombas, tuberías, etc., deben ser recubiertos con goma o construidos de acero inoxidable.

    Si el electrolito es ácido, las cubas se forran con plomo o goma, si es cianuro el material de la cuba será acero o hierro revestido de goma.

    Los serpentines calefactores y refrigerantes serán de hierro. Para usar un mínimo de abrillantador el electrolito no debe sobrepasar los 20 a 25ºC, especialmente en verano.

    Las barras anódicas de cobre o bronce deben ser recubiertas con un planchuelo de hierro de perfil c y triangular para evitar que las solución de cinc siga sobre ellas y al disolverlas contamine al electrolito.

    Ánodos

    Los ánodo deben ser puros (99,99% Zn), especialmente libre de plomo y hierro. Se emplean ánodos laminados de por lo menos 3 mm de espesor, debiendo ser la superficie anódica igual a la de las piezas. En los baños ácidos que tienen poca dispersión y cuyo efecto de profundidad es pequeño, se debe aumentar la distancia entre los ándos y las piezas perfiladas, o de lo contrario dar una capa de cinc en un baño de cianuros.

    Los ánodos de baños defluoboratos pueden ser envueltos si se desea con tela Vinyon o material similar.

    Los ánodo de ácido son de aleación cinc-mercurio ,cinc-aluminio o cinc electrolitico.

    Electrolitos

    La composición de los baños de cinc que se usa varían entre limites muy amplios. He aquí dos ejemplos:

    Baños de Sulfatos:

    • Sulfato de cinc..................................................... 250-400 gr./l

    • Sulfato de sodio o de magnesio........................... 30-75 gr./l

    • Sulfato de cloruro de aluminio............................ 30-70 gr./l

    • Ácido bórico....................................................... 10-45 gr./l

    Si no se ha agregado el aluminio en forma de cloruro, se añadirán 10-30 gr./l de cloruro de amonio, de sodio o de cinc. Como abrillantador se puede agregar 10-20 gr./l de dextrina o azúcar(glucosa, maltosa, dextrosa).

    Baños de Cloruro

    • Cloruro de cinc................................................... 136 gr.

    • Cloruro de sodio................................................. 230 gr.

    • Cloruro de aluminio.......................................... 20 gr.

    Procedimiento

    Para lograr un recubrimiento brillante, la superficie debe estar libre de óxidos, grasas, aceites, etc. Esto se lograra con un solvente o desengranaste electrolitico.

    Una vez limpia la pieza se la sumerge en una cuba de ácido clorhídrico al 25% o ácido sulfúrico al 5-10%.

    Osteriormente se enjuaga después para alejar los restos de ácido está en condiciones de ser cincada. por regla general se trabaja con 2.5 amp/dm2 durante 20 minutos se obtiene una pelicula de 0.01mm de espesor. Esta velocidad de recubrimiento puede ser aumentada operando con una relación menor de Na/CN/Zn, aumentando la temperatura o llevando el contenido de soda cáustica a 105-120 gr/l.

    Una vez cincada y enjuagada la pieza , aparece sobre la misma una película broncinea transparente, que puede ser eliminada con una solución ácida antes mencionada y enjuagar bien después .

    Bibliografia

    Hector Bos ; Galvanotecnia ,Teoria y Practico

    Willy Machu;Galvanotecnia Moderna ,Tomo I

    ;Galvanotecnia Moderna, Tomo II

    The Making ,Shaping and Treating of Steel

    Impeccióm y Control de Defectos en Articulos Galvanizados;Alvaro Zamorano Hernandez

    DISCUCIONES

    El tiempo de inmersión de las pieza debe ser comtrolado ya que un sobrecapado traeria como consecuencia una disminución en las propiedades del diseño

    El control de la temperatura de el baño de cinc debe fluctuar entre los 440 a 465ºC, no debe pasar d e estos rangos , ya que si la temperatura es muy alta se producirá un revestimiento delgado . Si la temperatura es menor que 440ºC darán espesores gruesos debido a la densidad del revestimiento por la Tº.

    El tiempo de inmersión en el crisol debe ser adecuado ya que al demorarse en retirar la pieza del crisol esta adquiere un espesor desmesurado que estéticamente es causa de rechazo.

    La contaminación de la pieza ,se trata de evitar con las etapas de enjuague que son intermedias y anteriores a el baño de cinc fundido, si ocurre esto se deberá sobredimensionar el espesor del galvanizado, además la pieza puede tener una vida útil más corta y necesitaría una protección adicional como pintura en base a aluminio.

    Al comparar el galvanizado con el cincado se observa que en el cincado se produce una superficie más acabada y una adherencia mejor.

    Si se obtienen piezas en que la superficies presenta poca adherencia esto se puede deber a un desengrase defectuoso para los dos proceso de galvanizado y cincado.

    Densidades ampericas muy altas producen un recubrimiento muy fino en las piezas ,lo contrario con amperajes bajos que darían extructuras gruesas y un mal recubrimiento.

    CONCLUSIONES

    El control del tiempo es fundamental en la etapa de decapado para no producir sobrecapado o muy poco decapado

    Un optimo enjuague da mayores resultados en al galvanizado