Procesos metalúrgicos

Industria. Metalurgia. Tratamientos del metal. Galvanizado. Anodizado. Metalizado. Cromado

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  • Galvanizado

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 diferencia de potencial electroquímico entre el cinc y los demás metales.

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

GALVANIZADO EN CALIENTE:

El proceso de galvanizado consta de tres etapas básicamente que son: preparación de la superficie, galvanizado e inspección.

Preparación de la superficie es la etapa mas importante 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 se puede dividir:

En desengrasado que es la etapa que requiere que la superficie del metal base esté sustancialmente libre de grasas y aceites, que pueden provenir de algún proceso como el maquinado, o escamas y manchas resultantes de tratamientos químicos, soldaduras o pinturas. A fin de lograr un recubrimiento deberán eliminarse todas las suciedades o impurezas perjudiciales; de lo contrario, se obtendrán recubrimientos que no se adherentes. Además, se debe evitar que la materia grasa contiene las soluciones posteriores. En la mayoría de los casos, se emplean soluciones limpiadoras alcalinas ligeramente básicas. La materia alcalina, mas usada es la soda cuántica en una proporción de 1kg. De soda por cada 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.

El bañado (agua caliente)en esta etapa a pieza pasa por agua caliente entre 80 y 90 grados centígrados, tiene por objeto despojar 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, desprendimientos de película protectora y soluciones contaminadas.

El decapado: durante la fabricación de piezas metálicas se producen de oxido 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 oxido en el ácido. Cuando la capa de oxido es uniforme y todas las superficies han estado igualmente expuestas 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 oxido no es uniforme o por otros factores, con frecuencia hay exceso de ataque en algún área. 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 sulfúrico la concentración de ácido y la temperatura por seleccionar está relacionada con el factor económico. El rendimiento optimo de decapado se considera empleando una concentración de un 7% a 9%, una temperatura entre 60 y 80 grados centígrados, de esta forma se minimiza el sobrecapado. Durante el proceso de concentración de ácido disminuye gradualmente a medida que el contenido de sales se 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 sulfúrico debido a que es mas costoso y produce el desprendimiento de vapores tóxicos este es usado en mucho establecimientos pues proporciona una buena velocidad de decapado a temperatura ambiente. La acción del ácido clorhídrico aumenta a medida que se sube la concentración de las sales de hierro disueltas en él. Un baño de ácido clorhídrico con un contenido del 16% de hierro, tiene una velocidad de decapado 4 veces mayor que su velocidad original. En todo el decapado, la agitación se la solución ácida es ventajosa, ya que aumenta la acción del ácido y la mantiene uniforme sobre la superficie de trabajo. Existen otros métodos de decapado, este se denomina Granallado o Arenado.

El bañado (agua fría): en esta etapa se produce una disolución completa del ácido y las sales de oxido de hierro producidas en las etapas de decapado mediante la inmersión de la pieza en un baño que comúnmente es de agua fría.

El baño fundente es la etapa final de la preparación de la superficie, aun las piezas se someten 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 hierro y cinc sea mas rápida, y estos se pueden clasificar en: fundentes líquidos y espumantes sobre el cinc fundido. Aun cuando estos fundentes tienen sus limitaciones y condiciones especiales de uso, prácticamente toda la clase de metales pueden ser galvanizados con cualquiera de estos fundentes

GALVANIZADO MECÁNICO:

Es el 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 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 del grosor varia en 20% son mas suaves y mejor uniformidad que el galvanizado por inmersión en caliente. Los elementos químicos que hay tantos en la preparación de la superficie como el recubrimiento(en el barril), con relativamente mas suaves.

Mecanismo: el procedimiento en si es una reacción simultánea de depositación metálica catódica y de oxidación anódica de reductor. Este proceso también consta de varias etapas

Preparación de la superficie, descripción de el proceso, separación, enjuague y remoción se agua y secado.

La preparación de la superficie: se efectúan las operaciones similares a las descritas en el procesos de galvanización en caliente tales como desengrasado, bañado en agua caliente y decapado.

Descripción del proceso: la etapa anterior las piezas son puestas 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 mas tamaños que varían entre 0.006” a 0.25”. las bolitas ejercen una acción de fricción que ayuda a la eliminación de oxido durante una etapa de preparación de superficie y amortigua las piezas pesadas. La calidad y forma afectaran la eficiencia del revestimiento, la calidad los costes generales. La dimensiones de los huecos, ranuras y radios internos de las piezas determinan las dimensiones y forma de las bolitas. Las sustancias químicas 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 compatibles con las etapas subsiguientes, eliminando el lavado entre cada etapa. Después de terminar 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 de 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 a 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 mas pequeñas que ayuden proporcionando un revestimiento mas uniforme. Hay muchos tamaños y grados de polvos metálicos. El ciclo de galvanización dura entre 30 a 45 minutos.

Separación: en esta etapa se separan la pasta de las bolitas de impacto de las piezas procesadas a la operación siguiente. El separador puedes ser un harnero vibrador, una cinta magnética o combinación de ellas.

Enjuague: se efectúa un procedimiento parecido al descrito en el galvanizado en caliente, con el objetivo de eliminar restos de solución de la etapa previa que puede causar deterioro o manchas en las piezas.

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 paste 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 mas común es la del secado de túnel para secado continuo como correa transportadora.

GALVANIZADO EN FRÍO:

El galvanizado en frío se usa para:

Estructuras de acero: aplicando el galvanizado en frío en un espesor mínimo de 75 micrones, se logra la misma prtección que el galvanizado en caliente.

Reparación de Galvanizado dañado: se utiliza para reparar galvanizado en caliente dañado por soldadura, corte, quemadura, cizallamiento, etc.

Reparación de superficies galvanizadas: se utiliza para regenerar superficies galvanizadas en caliente erosionadas por el tiempo.

Protección de soldaduras: las soldaduras son susceptibles de corroerse dado que el área soldada tiene un potencial eléctrico distinto a l del metal base. Al aplicar galvanizado en frío sobre las costuras de soldaduras y a sus alrededor, inhibe la corrosión de estos mediante protección galvánica.

Preparamiento del metal base: se requiere que el acero este libre de óxidos y aceite. Esto se puede lograr mediante un limpieza mecánica con cepillo de alambre o arenado. También dependiendo de la situación se emplean métodos químicos para la limpieza.

Recubrimiento post galvanizado: el galvanizado en caliente permite el uso de pinturas protectoras o decorativas sin necesidad de ningún pretratamiento. La pintura puede aplicarse directamente sobre la superficie galvanizada. Las conclusiones que sacamos de este procedimiento es que el galvanizado en fío es una alternativa equivalente al galvanizado en caliente respecto a su resistencia a la corrosión. Se puede utilizar para estructuras nuevas o sobre galvanizado dañado, y puede ser fácilmente aplicada en terreno por el usuario. Es una alternativa válida para aquellas zonas que están alejadas de plantas galvanizadoras o para manutención de estructuras de terreno.

  • Anodizado

Cuando escuchamos la palabra anodizado lo primero en lo que pensamos es en el colorado del las piezas de aluminio, en parte es así, pero el proceso de anodizado es una forma de proteger el aluminio contra agentes atmosféricos. Luego del extraído o decapado, este metal entra en contacto con el aire y forma por si solo una delgada película de oxido con un espesor mas o menos regular de 0,01 micrones denominada oxido de aluminio, esta tiene algunas mínimas propiedades protectoras. El procesos de anodizado consiste en obtener de manera artificial películas de oxido de mucho mas espesor y con mejores características de protección que las capas naturales, estas se obtienen mediante procesos químicos y electrolíticos. Artificialmente se pueden obtener películas en las que el espesor es de 25 a 30 micrones en el tratamiento de protección o decoración y de casi 100 micrones con el procedimiento de endurecido superficial (anodizado duro).

Elementos: Debemos contar con un recipiente de plástico donde quedan las piezas totalmente sumergidas en la solución y sin tocarse entre si. También tendremos que colocar dentro del mismo un termómetro que nos permita controlar la temperatura del electrolito. El baño debe mantenerse a unos 20 grados centígrados de temperatura, como el mismo procesos genera calor es que necesitamos una bandeja con agua donde poder refrigerar el recipiente de anodizado. En algunos casos necesitaremos colocar algo de hielo en el agua para mantener la temperatura. Para sostener las piezas dentro del electrolito utilizaremos un listón de madera en el que colocaremos algunos clavos en sus laterales, unimos estos mediante un cable de cobre para que estén conectados eléctricamente entre si. Las piezas, denominadas ANODOS, y que conectamos al positivo, estarán sostenidas de los mismos mediante unos cocodrilos. Ahora necesitamos un cátodo el cual conectaremos al polo negativo, este ira sumergido en el fondo electrolítico y estará formado por un aro de plomo con un diámetro un poco menor al del recipiente, clavamos en el una barrera de aluminio que salga fuera del liquido para que podamos enviarle corriente a través de ella. Lo ultimo que falta en una corriente que puede ser un cargador de baterías de 12 voltios, algunos cables cocodrilos y tester.

El proceso de anodizado es muy simple, cuando tenemos todos los elementos lo primero que debemos hacer es preparar el electrolítico, el mas común consiste en una solución de ácido sulfúrico al 20% en agua a una temperatura de 20 grados centígrados. Es muy aconsejable trabajar durante todo el proceso con gafas y guantes protectores.

Luego de un tiempo la disolución se enfriará y esta listo para su utilización, lo verteremos dentro del recipiente de anodizado, a continuación sumergiremos el cátodo, colocamos el termómetro de manera que podamos controlarlo sin obtener que moverlo, apoyaremos el listón de madera con los clavos sobre este. Si conectamos con tester los conectamos de manera que podamos medir el voltaje y amperaje que circula por todo el circuito.

El proceso: el primer paso consiste en tener ya listas todas la piezas que vallamos a anodizar, esto quiere decir que hay que tener terminada la superficie, si queremos que la pieza quede con una terminación brilloso tipo laca, esta deberá pulirse antes de ser tratada; por el contrario si queremos que tenga una terminación mate, esta deberá arenarse o esmerilarse.

Algo muy importante y que muy a menudo se cometen errores es en la forma de conectar las piezas al conductor de electricidad del cual suponemos dentro del electrolítico, este debe ser también de aluminio. Lo importante de este paso radica en que si la unión de la pieza con el alambre no es firme, el alambre se oxida produciéndose en el una capa aislada que no permite la circulación de la corriente hacia la pieza y la electrolisis se detiene. Una vez que tenemos las piezas firmemente unidas al conductor procedemos a desengrasarlas sumergiéndolas en una solución alcalina compuesta de hidróxido de sodio o soda cáustica al 5% en agua, a una temperatura de 50 o 60 grados centígrados. Mantenemos las piezas dentro durante 2 o 3 minutos, luego las retiraremos y lavamos en abundante agua, pero sin tocarla, ya que volveríamos a ensuciar la superficie de las mismas. A partir de aquí es conveniente trabajar con un par de guantes de látex y tomar las piezas solo del conductor que instalamos antes. Luego del lavado las piezas deben sumergirse en una solución ácida para neutralizar cualquier vestigio que pudiera haber quedado del baño anterior, esta solución la prepararemos con ácido clorhídrico al 50% en agua a temperatura ambiente, sumergiremos las piezas solo de 2 a 5 segundos solamente y volveremos a lavarla en abundante agua limpia. Luego de esto las piezas estarán listas para el proceso de anodizado, recordaremos que no se debe tocar ni siquiera con los guantes, ya que de hacerlo las piezas presentaran unas manchas es su acabado final.

Luego del lavado y aun húmedas las sujetamos de los clavos mediante unas pinzas cocodrilo teniendo la precaución de que estas no se toquen entre si ni el recipiente. Cuando tenemos todas en su lugar, conectamos el negativo del transformador al aro de plomo(cátodo) y el positivo a las piezas (ánodo) y damos corriente. El tiempo necesario par la electrolisis la tendremos que calcular en base a la superficie de las piezas, esto es para que la película de oxido se desarrolle de manera adecuada, manteniendo una porosidad que nos permita teñirla, debemos suministrarle un flujo de corriente comprendido entre 1 y 1,5 amperios por dm2 con un voltaje de entre 13 y 17 voltios aproximadamente. Veremos enseguida como comienzan a desprenderse burbujas del cátodo, estas son de hidrógenos procedentes de la descomposición electrolítica del agua, por lo que se debe trabajar en un lugar bien aireado, preferiblemente cerca de una ventana. A medida que pasa el tiempo observaremos como el amperaje que consume el proceso va decayendo, además así comprobaremos las capacidades negativas para conducir la electricidad del óxido, esto nos indica que todo es correcto. Cuando transcurrió el tiempo que establecimos anteriormente, cortaremos la corriente, retiraremos las piezas y las lavamos otra vez en agua limpia sin tocarlas. En este momento las piezas están listas para el teñido final, pos su estructura porosa, la capa de oxido formada en este medio sulfúrico se asemeja a la textil y puede, ser teñida por medio de colorantes formulados para estas industrias. Existen también, pinturas especializadas y mas adecuadas para este proceso en si, pero le damos una temperatura suave aproximada 30 a 40 grados centígrados y sumergiendo las piezas dentro, el tiempo necesario lo damos observando el grado de color que van tomando las piezas. Una vez teñidas solo falta dar el sello final; la capa anódica de aluminio coloreada es todavía una estructura porosa de oxido y debe ser sometidas a un tratamiento de eliminación de su propiedad absorbente que garantice la estabilidad química y de color frente a la luza solar, si no hacemos este coloreado se ira perdiendo con el paso del tiempo o se nos manchara al contacto con otro agente liquido. Es sellado es tan simple como todo el proceso en si y consiste en sumergir las piezas en agua destilada hirviendo, durante aproximadamente 2 o 3 minutos. Lo que logramos con esto es cerrar los poros de la capa anódica mediante un proceso hidrotermal con lo cual evitamos el ataque o la modificación de esta por cualquier agente externo.

  • METALIZADO:

El metalización comprende todos aquellos procedimientos de revestimiento de

superficies que tienen por objeto el depositar una capa metálica (metal o aleación) destinada a proporcionar una protección contra la corrosión o mejorar sus propiedades superficiales mediante operaciones de decapado, esmerilado y pulimentado.

GASES PARA PROCESOS DE METALIZADO:

El rociado térmico se ha convertido en un proceso importante, tanto en la fabricación de partes nuevas como en la reparación de partes existentes. Hay muchos recubrimientos que pueden aplicarse con este proceso, su aplicación como clasificada de acuerdo al material al cual se aplicara el metalizado, el funcionamiento de la pieza, y el tipo de energía a utilizarse en el proceso. Es esencial usar el gas correcto dependiendo de la fuente de energía a utilizarse.

METALIZADO OXI-COMBUSTIBLE DE ALTA VELOCIDAD:

El proceso oxi-combustible de alta velocidad es usado en varias industrias tales como la aeronáutica, equipos para petróleo y aceites, turbinas, etc. Este proceso puede ser usado -dependiendo de las propiedades del polvo(cerámicos, metales, carburos)-con varios gases combustibles tales como hidrógenos, acetileno o kerosene. Este ultimo caso, el suministro de oxigeno es hecho a alta presión y tasa de flujo. Este proceso tiene la ventaja de producir un metalizado de alta densidad y espesor cuando se usa enfriamiento por oxido carbono.

METALIZADO POR PLASMA:

Este proceso es usado en las industrias automatices(válvulas), aeronáutica(motores de jet), plantas de energía(turbinas de gas), imprenta(cilindros), pulpa y papel(cilindros, etc), y suministros para implantes médicos, donde se requiere alta calidad y confiabilidad.

METALIZADO POR POLVO:

La implicación involucra piezas de superficie áspera como moldes, donde se hace uso de pistolas manuales para polvo con procesos de llama oxiacetilénica.

METALIZADO POR ALAMBRE:

Metalizado térmico, metalizado por alambre con llama anti-corrosión o metalizado extra resistente. Este proceso es ampliamente utilizado tanto en forma manual como automática; hace uso de una llama oxi-combustible y gas comprimido para alimentar el alambre. Si se necesita un metalizado anti-corrosión y extra resistente para proveer un deposito de alta calidad, obteniéndose una solución efectiva en términos de costos que optimiza el consumo del alambre.

  • CROMADO:

El cromado se emplea para proteger a otros metales dándoles el nombre de cromado.

Hay dos tipos de cromados el cromado brillante que sirve para objetos decorativos y el cromado duro se emplea para la fabricación de aceros inoxidables y aceros para herramientas.

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