Industria y Materiales
Tratamiento superficial de los metales
Esquema de la línea de producción.
El proceso de producción es el siguiente:
Desengrase químico por ultrasonidos
Enjuague
Enjuague
Activado o Neutralizado
Decapado
Enjuague
Enjuague
Desengrase electrolítico
Enjuague
10. Enjuague
11. Activado o Neutralizado
12. Baño de Níquel
13. Recuperación de Níquel
14. Enjuague
15. Enjuague
16. Activado de Cromo catódico
17. Baño de Cromo
18. Recuperación de Cromo
19. Enjuague
20. Enjuague
21. Secado
Nuestra pieza es una manivela de puerta de Latón para ser utilizada en condiciones de interiores húmedos.
Debido al proceso de fabricación de esta pieza debe llegar a nuestras manos con restos de arenas y escorias procedentes de la fundición; aceites, emulsiones y virutas procedentes del corte y mecanizado; polvos, restos de grasa y óxidos procedentes del esmerilado y almacenaje. Por esto lo primero que debemos hacer es un desengrase por ultrasonidos. El desengrase es la etapa más importante de todo el proceso de tratamiento de superficies, de ella depende que el recubrimiento sea bueno o defectuoso.
1.- Desengrase químico por ultrasonidos.
El tipo de desengrase depende del tipo y grado de suciedad de la pieza a tratar, de la geometría de esta, del material que esta formada y del tipo de acabado que queramos darle.
Este tipo de desengrase es capaz de garantizar una contaminación orgánica residual de 0.00000001 g/cm2
Este proceso se realiza en medio acuoso y las condiciones fundamentales de este son:
- La temperatura debe ser más alta que la temperatura de ebullición
de las grasas adheridas a la pieza con anterioridad.
- Debe haber una agitación en la cuba para que elimine la suciedad
adherida a la pieza. En nuestro caso el ultrasonido.
- Debe haber cierta circulación en la cuba para que se renueva el
líquido en contacto con la pieza. Esto lo haremos con un sistema de
circulación de aire.
Este desengrase se utiliza como predesengrase. Su finalidad es eliminar las suciedades o acondicionar la pieza para el desengrase final.
Desde el punto de vista económico el uso de desengrase previo tiene ciertas ventajas:
- Cuando el desengrase usado es en caliente puede ser utilizado el desengrase para compensar la evaporación.
- Cuando sea necesario renovar el baño de predesengrase, podemos sustituirlo por el baño de desengrase y renovar este. Esto representa en ahorro de hasta un 30% del costo del desengrase único.
Los componentes de este proceso de desengrase son:
- saponificadotes, (NaOH)
- tensioactivos, (aniónicos- los más baratos)
- emulsificadores
- dispersores
- defloculadores, (los silicatos)
- complejantes,(para el agua- Ca o Mg, para latones- Co o Zn)
- humectantes
- inhibidores de corrosión, (los silicatos)
En este desengrase químico por ultrasonidos se emplean tres tipos de energía:
a). Térmica, aproximadamente 90 ºC
b). Química propia del desengrase.
c). Energía mecánica proporcionada por ondas ultrasonoras entre
20 - 80 KHz.
El efecto de la Cavitación desprende las suciedades en los puntos de más difícil acceso. Los transductores son unas placas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Estos, más el generador de ultrasonidos es el equipo que necesitamos para el desengrase por ultrasonidos.
Se realiza este proceso en una cuba rectangular de acero que no debe tener soldaduras con un generador y unos transductores. El primero genera una energía de baja frecuencia de 50 - 80 Hz y los segundos modifican esta frecuencia hasta 20000 - 80000 Hz.
Cuando hay presencia de:
- Pastas de pulir en las piezas se requiere una energía de 10 - 15
w/litros.
- Grasas requemadas o carbonizadas, 25 - 40 w/litros.
- Restos diamantinos o de lapidado tipo carburo de silicio, 25 - 40
w/litros.
2, 3, 6, 7, 9, 10, 14, 15, 19, 20. Son enjuagues. Por las diferentes reacciones que se pueden producir en el seno de un baño, es indispensable eliminar cualquier residuo de un baño anterior antes de introducir las piezas en el. Además, es preciso que no quede ningún resto de solución en los rincones y hendiduras de las piezas ya que la adherencia del depósito posterior se vería sensiblemente mermada.
4. El Activado después del desengrase se realiza con una solución de
acido sulfúrico en una concentración de 10-15 % y un ph=11—13.
Tiene el objetivo de eliminar restos ácidos o alcalinos contenidos en
los poros y rincones de la pieza después del desengrase y enjuague
correspondientes.
5. Decapado.
Es la eliminación de capas de suciedad que no sean grasas o aceites.
Para realizar el decapado es imprescindible hacer un buen desengrase.
En nuestro caso haremos un decapado suave con acido sulfúrico mediante el cual se disolverá solo el oxido, el metal no.
La temperatura del baño será de 45 - 80 ºC.
La concentración de acido sulfúrico será de 5 - 20 % , 75 g/litro
La velocidad aumenta con el incremento de la temperatura.
Este decapado tiene ciertas ventajas como:
- ausencia de vapores y olores.
- las cubas de decapado suelen ser sencillas.
- el consumo de ácidos suele ser bajo.
Al decapado se le añade humectantes para reducir la tensión superficial y mejorar el escurrido de la pieza y el ataque uniforme ya que favorece la penetración del ácido en rincones y fisuras.
Los inhibidores se le añaden al baño en el momento de formular este, nunca cuando es viejo.
8. Desengrase electrolítico.
Es un desengrase cianurazo, con sales de Na o K.
Al actuar la pieza como cátodo- ciclo catódico. Hay desprendimiento de hidrogeno, fortaleciendo esto la limpieza por una acción mecánica sobre los restos de grasa adherida en la superficie de la pieza.
Por otra parte, el desprendimiento de hidrogeno genera álcali libre por el consumo de protones. La capa altamente alcalina que rodea al cátodo ejerce una mayor acción emulsificadora sobre la suciedad y acelera el proceso de limpieza.
Este ciclo catódico tiene ciertas desventajas como:
Son atraídas las partículas con carga positiva como, cationes meta-
licos, jabones y coloides. Este efecto provoca la formación de una película poco adherente sobre la superficie del cátodo y que causan problemas de irregularidades, ampollado, rugosidades, baja adherencia, manchas, velos y zonas sin recubrimiento en el posterior metalizado.
Otra desventaja es la hidrogenación y fragilidad de la pieza.
En el ciclo anódico hay un desprendimiento de oxigeno. La acción mecánica del gas liberado sigue actuando aunque en menor proporción que en el ciclo catódico ya que para una misma cantidad de electricidad se libera un mol de gas en lugar de dos moles.
Las sustancias tensioactivas aniónicas, utilizadas preferentemente migran hacia el ánodo reforzando su capacidad de humectación.
Durante este ciclo se disuelve el film depositado en el ciclo catódico y es eliminado el hidrogeno absorbido por el sustrato.
En la interfase del metal se favorece la oxidación, aumentando la capacidad de eliminación de grasas y pastas difíciles. Se favorece la disolución de óxidos metálicos.
Las desventajas de este ciclo anódico son:
La formación de tiznes sobre la pieza.
En el caso del latón se produce la descindificación aunque, si el ciclo es corto, puede ser eliminado el tizne superficial por inmersión en un activado acido. La presencia de agentes quelantes como gluconato, citrato, EDTA, NTA, tec.., anulan la acción perjudicial de metales contaminantes en el desengrase.
Por todo esto expuesto es aconsejable la utilización de ciclos combinados con entrada y limpieza catódica a 5 - 8 A/dm2 , una duración de 2 - 10 minutos y un final en fase anódica a 0.5 - 2 A/dm2 durante 5 - 20 minutos.
Para eliminar la fragilidad por hidrogenación se recomiendan tratamientos térmicos, (aplicar temperatura), se estufan a 180 -
240 ºC dependiendo de cada material.
12. Baño de Níquel.
Es un baño acido compuesto por sales metálicas y sales conductoras.
Cuando hay una merma de Ni en el baño debemos conocer el contenido de los sulfatos y cloruros para añadir en función del que falta, 75 g/l de
Níquel.
Se le añade también tamponantes, ácido bórico y humectante para reducir la tensión superficial, tensioactivos aniónicos.
Los complejantes lo utilizaremos para bloquear la contaminación metálica y para nuestro caso añadiremos EDTA.
El ánodo es soluble, colocaremos placas de Ni electrolítico de 99.98 -
99.99% de pureza.
Según la norma UNE EN 12540 definimos el número de condiciones de servicio - 2. Luego según la ISO 1456 se especifica el recubrimiento en dependencia del sustrato. El espesor del níquel será de diez micras y luego el cromo.
Composición y condiciones del baño de Níquel.
Sulfato de níquel 270 - 300 g/l
Cloruro de níquel 80 - 60 g/l
Acido bórico 40 - 50 g/l
Ph 4 - 4.5
Temperatura de trabajo 60ºC
D.d.c 3 - 10 A/dm cuadrado
Tensión superficial 30 - 40 dimas/cm cuadrado
Agitación mecánica 2- 4 m/min
La filtración del baño de Ni requiere de 2 - 3 ciclos/h.
18. Baño de Cromo.
Nuestra pieza es una manivela para ser utilizada en medio húmedo por lo que considero que el espesor del recubrimiento de cromo debe ser lo suficiente para proteger la pieza de la corrosión y tener aspecto decorativo.
Los componentes de este baño son:
- Sales metálicas. El oxido de cromo CrO6.
El componente básico que se deposita es el Cr O4, (cromatos).
La proporción superficie cátodo: ánodo debe estar entre 1:1 - 1:2.
En un baño nuevo la concentración de acido crómico debe ser de
180 - 200 g/l.
En baño usado la concentración total de acido crómico debe estar en el intervalo de 300 - 350 g/l. Si es viejo el baño 400 - 450g/l- en este caso el baño se torna viscoso y debemos tener en cuenta la cantidad de cromo que arrastra la pieza al sacarla del baño.
La concentración de cromo tres debe ser siempre no más de 10g/l.
- Otro componente básico es el aniño SO4 que actúa como catalizador primario. Para esto se añade al baño anion sulfúrico.
- El catalizador,( F fluoruros) es otro componente. En los baños modernos el más utilizado es el fluor silicato de magnesio, Mg SiF
En cualquier caso la concentración de fluoruros debe estar entre los límites 0.5 - 0.6g/l. Este conlleva una mejora del rendimiento de hasta el 25% del baño.
- Se la añade humectantes también al baño de cromo- los perfluorados. La cantidad de PFOS que necesito en el baño es de
G:35 dyn/cm.
El efecto de los PFOS es que forma en la superficie del baño de cromo una capa de espuma muy compacta.
No hay ningún producto que sustituya este , por eso la Unión Europeo autoriza su utilización solo para cromados y mordentados de plástico.
- Otro componente es la sales de Bario - sulfato de bario. La función de esta sal es precipitar los sulfatos.
- Sales de Plata. Con el objetivo de mantener los cloratos a raya añadimos carbonato de plata Ag CO3, este en la disociación forma con el CL un precipitado blanco, Ag Cl.
La concentración de Cl no más de 20 mg/l
Las condiciones del baño de cromo es:
La concentración de óxido cromo tres --------- 400 -500 g/l
La concentración de ácido sulfúrico ------------4 - 5 g/l
La concentración de fluoruros ------------------ 0.5 - 0.6 g/l
La concentración de PFOS -----------------------35 - 40 dym/cm
D.D.C -------------------------------------------------10 - 15 A/dm 2
La temperatura -------------------------------------45º
21. Secado.
Los objetos terminados deben ser perfectamente enjuaguazos y de inmediato secados para evitar perdidas de brillo y uniformidad del aspecto superficial.
En nuestro caso recomiendo un secado de las piezas ya terminadas en una centrifuga con aire caliente forzado
Enjuague
15
Secado
21
Enjuague
20
Enjuague
19
Recuperación
de
Cromo
18
Baño
de
Cromo
17
Activado al
Cromo
16
Enjuague
14
Recuperación
de
Níquel
13
Baño de
Níquel
12
Activador
o
Neutralizado
11
Enjuague
10
Enjuague
9
Desengrase
Electrolítico
8
Enjuague
7
Enjuague
6
Decapado
5
Activado
o
Neutralizado
4
Enjuague
3
Enjuague
2
Desengrase
Químico
1
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