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El empleo de metales como método de protección contra la corrosión

 

 

El empleo de metales como método de protección contra la corrosión es una práctica cada vez más utilizada, no solo por razones de eficacia y durabilidad, sino como una forma de reducción de costes de mantenimiento.


Existen dos formas de empleo de los metales como protección: Aplicación directa por deposición sobre la base a proteger, o mediante ánodos de sacrificio.

 

En la protección directa el metal de recubrimiento debe de constituir una capa ininterrumpida, pues si esta se rompe el metal base entra en contacto con el electrolito; por ella la calidad de este revestimiento es de vital importancia. En la protección metálica de tipo sacrificio, en cambio, en caso de interrupción o desgaste de la película protectora, esta es la que se convierte en el ánodo del sistema electrolítico y será el que sufrirá las consecuencias de la corrosión. Sin embargo, lo que se persigue con ambos recubrimientos es brindar una protección directa con el metal base.

 

Recubrimientos

 

Para la aplicación de recubrimientos metálicos existen varios métodos que dependen del tipo de metal a recubrir, de las características deseadas en el recubrimiento, del espesor, sin embargo, dentro de los más usuales están el proceso electrolítico de la galvanoplastia y de los revestimientos por inmersión en caliente. Por ejemplo, el estañado y el galvanizado es muy común usarlos por el segundo método; en cambio el cromado duro, niquelado, plateado, dorado; comúnmente se realizan por medio de la galvanoplastia. En breve se describirán los siguientes métodos de recubrimientos, los cuales son:

 

Metales más usados en los recubrimientos

 

Los metales usados para el recubrimiento se pueden dividir en dos grupos:

 

1. Los metales que presentan un potencial positivo respecto al hierro, por ejemplo: Cu, Ni, Sn, Ag, Cr.

 

2. Los metales que presentan un potencial negativo, por ejemplo Zn, Al.

A continuación se describen los metales más usados en los recubrimientos en la industria (Cu, Ni, Cr):

 

Cobre

No se utiliza para fines decorativos.

Aumenta la conductividad.

Para evitar la corrosión por rozamiento.

 

Níquel

Revestimiento para instalación de productos químicos.

Resistencia a la oxidación.

Resistente a la temperatura.

 

Cromo

Depósitos gruesos (moldes para inyectar plástico, troqueles, plantillas, etc.).

Baños concentrados para acabados decorativos (escudos, molduras, muebles tubulares).

 

Recubrimientos por inmersión

 

Método por galvanizado

 

Consiste en recubrir las piezas metálicas como las de acero, con una capa delgada de zinc, las piezas a galvanizar deben someterse a una limpieza que incluye el decapado, el cual consiste en sumergir las piezas en un baño de ácido sulfúrico diluido; a continuación las piezas se lavan para eliminar los residuos de ácido sulfúrico y las sales de hierro que se hayan originado en su superficie durante el decapado.

 

Las piezas perfectamente limpias se sumergen en el baño fundamentalmente constituido por una solución de cloruro doble de zinc y amoniaco, con lo cual quedan protegidas de la oxidación atmosférica. Estas piezas húmedas por el fundente se secan en el horno. El grosor de la capa de zinc depende de la temperatura del baño metálico y del tiempo que permanecen las piezas en él.

 

El galvanizado se emplea en la protección contra la corrosión de productos de acero como lamina, marcos de ventana, cubetas, utensilios domésticos, tubos para agua, tanques para agua, partes de refrigeradores, accesorios marinos, alambre de púas, malla de alambre, herrajes para cercas con malla de alambre, equipo agrícola, laminas corrugadas para techos.

 

Estaño por inmersión

 

Las piezas metálicas que han de estañarse deben someterse primero a una limpieza que incluya el decapado, que consiste en sumergir las piezas en un baño de ácido sulfúrico o clorhídrico diluido. A continuación las piezas limpias se sumergen en el metal líquido que contiene, además, fundente diluido en el baño metálico. En el caso de láminas de acero, después de su limpieza son conducidas a la máquina de estañado que consta de un recipiente controlado termostáticamente, el cual contiene el líquido; después se impregna con aceite de palma, luego pasa a través del claro entre dos rodillos que controlan el espesor final de la capa de estaño.

 

Muchos productos como envases para conservar alimentos, leche en polvo, son estañados por inmersión en caliente. Esto es debido a que el estaño tiene propiedades no toxicas, es resistente a la corrosión; los artículos estañados se sueldan con relativa facilidad, tienen una alta plasticidad; sin embargo, en el caso de ruptura de la capa de estaño, el acero se corroe fácilmente.

 

Galvanización

 

Características: Material: Zinc, aplicación por atomizador o galvanoplastia.

 

Ventajas: Bajo costo, protege el deterioro atmosférico.

 

Desventajas: Necesidad de eliminar espejos.

 

Usos: Postes de luz y torres de transmisión.

 

Proceso recubrimiento de estaño

 

Características: Porosidad mayor que en los recubrimientos electrolíticos.

 

Ventajas: Resistente a la oxidación.

 

Desventajas: Quebradizo.

 

Usos: láminas de acero usadas para alimentos, tuberías.

 

El tratamiento superficial, electrolítico consiste en una oxidación artificial para reforzar las capas de óxidos naturales de las aleaciones de aluminio. Los defectos de la planicidad, grietas y arañazos son visibles después del tratamiento. La capa de protección es sólida y no se desprende.

 

Cromado por inmersión

 

Utilizado para dar resistencia al desgaste y a la abrasión. El metal más utilizado en el recubrimiento de las superficies, es el cromo. La medida de la dureza o de la resistencia a la abrasión es, hasta cierto punto una función del metal sobre el cual se deposita, así como del depósito mismo del cromo. Los espesores son mayores 0.05 mm de espesor pudiendo ser considerablemente más gruesos.

 

Plomo-estaño por inmersión

 

El acero es sumergido en una aleación de plomo y 25% de estaño. Es más barato que el plateado por estaño y tiene mejor resistencia a la corrosión; se usa para proteger las cajas para baterías de automóvil y conexiones de radiador.

 

Recubrimientos por electrolisis

 

El proceso de recubrimiento superficial por el método electrolítico se efectúa aplicando corriente eléctrica al metal dentro de una solución. Se usa para proporcionar protección contra la corrosión, minimizar el desgaste y mejorar la presentación de los metales.

 

Procedimiento

 

Se utilizan dos electrodos, donde uno de ellos es el material el cual se va a recubrir superficialmente, y el otro electrodo suele estar hecho del material con que se va a efectuar el recubrimiento, aunque en ocasiones, por el costo del material con que se va a recubrir se utilizan electrodos de algún otro material cualesquiera, por lo general de plomo, mientras que el material de aporte se encuentra disuelto en la solución; el electrodo el cual es la pieza que va a recibir el recubrimiento se conecta al polo negativo de una fuente de corriente directa, mientras que el electrodo del material de aporte debe ser conectado al polo positivo.

 

Ambos electrodos se conectan en una tina que contiene electrolito el cual sirve como medio de transporte de la corriente eléctrica entre ambos electrodos, así mismo remueve el material maquinado de la región de corte y mueve el calor generado de la operación.

 

Cualidades de los materiales para electrodos

 

Alta dureza.

Baja resistividad.

Alta resistencia a la acción química del electrolito.

Facilidad de mecanizado.

Buena conductividad térmica.

 

Materiales para recubrimientos por electrolisis

 

Cobre: No se emplea para fines decorativos, puesto que se empaña. Los recubrimientos de cobre se emplean por su soldabilidad y más que nada por sus propiedades conductoras. Depósitos gruesos con cobre son usados como capa preventiva en la nitruración y la cementación. Es importante el recubrimiento de cobre en piezas no metálicas a las cuales se les requiere realizar un recubrimiento posterior.

 

Níquel: Los depósitos gruesos de níquel son usados esencialmente en aplicaciones de ingeniería, restauración de piezas y un campo particular es el de los productos químicos, en las industrias de alimentación para ciertos líquidos corrosivos. También es utilizado el recubrimiento de níquel en aquellos procesos en que se lleve a cabo como operación final un cromado, puesto que así se evitan capas gruesas de cromo, y por ende, se reduce el costo.

 

Cromo: Debido a que el cromo es un metal caro, en el cromado con fines decorativos se utilizan baños concentrados, mientras que para cubrir piezas, para protegerlas contra el desgaste o restaurarlas por el mismo, se utilizan baños diluidos obteniéndose depósitos duros y gruesos.

 

Estaño: Las piezas metálicas que han de estañarse deben someterse primeramente a una limpieza, mediante un decapado, esto consiste en sumergir las piezas en un baño de ácido sulfúrico, o bien, ácido clorhídrico diluido. Posteriormente son sumergidos en el metal líquido que además contiene fundentes diluidos en el baño. Las aplicaciones de este tipo de recubrimientos se encuentran en: Conservas, alimentos, leche en polvo; esto debido a que el estaño tiene propiedades no toxicas, es resistente a la corrosión, facilidad de soldabilidad, gran plasticidad, pero sin embargo si por algún motivo presenta ruptura en la capa de estaño, el acero se corroe fácilmente.

 

Aluminio: El proceso por medio del cual se proporciona una capa de óxido de aluminio se le conoce como anodizado. Esta capa de óxido brinda mayor protección contra la acción posterior, sirve como aislante eléctrico en los conductores, da la apariencia de una capa de pintura y además facilita el pintado de las piezas con tintes orgánicos.

 

Factores que intervienen en los recubrimientos electrolíticos

 

Un término importante en los recubrimientos electrolíticos es el rendimiento electrolítico, este es definido como el peso de metal efectivamente depositado sobre el cátodo en relación al peso teórico que resulta por aplicación de la ley Faraday.

 

Densidad de corriente: La densidad de corriente expresada en amperios por dm 2, regula evidentemente el espesor de la capa electrolítica siempre que ello sea posible. Por otra parte, la densidad de corriente influye sobre el grano del metal depositado, de modo general, el aumento de la densidad afina el grano hasta cierto límite.

 

Concentración del electrolito: El aumento de sales en solución que constituye el electrolito, permite elevar la densidad de corriente, especialmente si este aumento se combina con una elevación de la temperatura y con la agitación.

 

Composición del electrolito: Un electrolito no comprende tan solo la sal del metal que se desea depositar, también incluye otros diversos compuestos en mayor o menor cantidad, la adición de estos tiene como fin aportar mejoras, tales como aumentar la conductividad de la solución, afinar el grano del metal depositado, facilitar la corrosión de ácidos.

 

Acidez: La cantidad de iones hidrógeno activos en una solución ácida es muy importante, ya que un ácido puede hallarse más o menos disociado. Un exceso de iones hidrógeno da malos resultados en diversas aplicaciones electrolíticas como las del níquel y las del zinc, y en estos el pH debe ser vigilado.

 

Temperatura: Una elevación de la temperatura eleva la conductividad del electoralito y la solubilidad de las sales que intervienen en la composición del misma, de dónde se desprende la posibilidad de concentración más elevada, y por consiguiente, de intensidades de corriente mayores.

 

Agitación: La agitación impide el empobrecimiento en iones metálicos de la zona catódica, también impide en diferente medida, la adherencia de burbujas gaseosas sobre el cátodo provocando "picaduras en su superficie”. La agitación pone sin embargo, en suspensión las impurezas del baño, las cuales hacen que el recubrimiento resulte rugoso e incluso picado.

 

Poder de penetración: Consiste en la facultad que tiene el electrolito para repartir con regularidad la capa metálica depositada sobre un objeto de formas complejas sobre las partes complejas de este objeto u en sus aristas, las cuales reciben siempre más densidad de corriente que las partes cóncavas.

 

Equipo necesario

 

Equipo eléctrico: Para la realización de los recubrimientos electrolíticos es necesario disponer corriente continua, para ello lo más conveniente es, transformar la tensión alterna de 110, 220 o 440 volts, a continua de bajo voltaje. Para esta transformación se emplean grupos convertidores o rectificadores.

 

Las líneas de distribución que unen al generador (rectificador) con los baños de electrolisis son generalmente de cobre. La forma de las barreras es perfectamente plana; es conveniente emplear el mínimo posible de longitud para reducir las pérdidas de carga.

 

Para medir las diferencias de potencial entre dos puntos de un conductor se usa un voltímetro. Con un amperímetro se puede medir la corriente que pasa en un momento dado por el circuito. Estos instrumentos son indispensables en toda cuba electrolítica. El voltímetro se conecta en paralelo y el amperímetro en serie.

 

Los aparatos que actúan conjuntamente con el amperímetro y el voltímetro son los reóstatos, estos sirven para regular la corriente deseada para cada baño. Están conectados en serie o en paralelo.

 

Cubas electrolíticas: Se constituyen de diferentes materiales, según los usos.

De madera: Poco usuales, son adecuadas para las soluciones débilmente ácidas o alcalinas y para las soluciones de niquelado. Se revisten a menudo con láminas de plomo (3 - 4 mm) para las soluciones ácidas de cobreado, para los vanos sulfúricos y para los baños de niquelado.

 

De acero: Son esmaltados con resinas epóxicas o recubiertas con fibras de vidrio. Son convenientes para los ácidos o los álcalis.

 

De vidrio: Resisten bien las soluciones ácidas y alcalinas, pero son muy frágiles,

 

Las cubas son muy empleadas generalmente para la inmersión a colgada de piezas por unidades a agrupadas sobre bastidor.

 

Equipo de calentamiento: La calefacción de los baños se efectúa generalmente por medio de serpentines situados en el fondo de las cubas y atravesados con vapor de agua, se emplea también el procedimiento eléctrico por medio de calentadores sumergibles constituid0s por una resistencia eléctrica. La agitación es por medio de aire comprimido, suministrado por tubos situados en el fondo de las cubas. Este sistema es muy práctico y da buenos resultados. También se utilizan medios mecánicos.

 

Equipo de filtración: La eliminación de las impurezas de un baño pueden efectuarse mediante filtros a presión, para este fin se emplean bombas que aspiran el líquido de las cubas y lo llevan a un filtro. El filtro y la bomba deben estar constituidos en materiales que resisten bien la corrosión.

 

Fases para la preparación de piezas

 

La preparación de las piezas en un recubrimiento electrolítico presenta varias fases:

 

Esmerilado: Tiene por objeto aislar las superficies ásperas de las piezas prensadas, forjadas o fundidas, la eliminación de rebabas, escamas de fundición, etc.; y puede prolongarse hasta conseguir que la superficie quede completamente lisa.

 

Pulido: Tiene como fin hacer que las huellas del esmerilado desaparezcan antes del recubrimiento superficial, esto lo logra mediante un previo pulido, un pulido de acabado y finalmente un abrillantado.

 

Desengrasado: Los procedimientos varían según el tipo de grasa. Los más usados son:

 

a) Limpieza con álcalis por inmersión o rociado.

b) Desengrasado electrolítico con álcalis.

c) Desengrasado con disolventes orgánicos.

 

Otros métodos

 

Revestimiento metálico

 

Electroformación: Es un proceso para depositar una capa de metal sobre un mandril preformado, que después se separa de la pieza terminada. Se basa en los mismos principios que la electrodeposición y se emplea el mismo equipo básico. Las piezas electroformadas son diferentes de las que tienen baño electrodepositado, por el espesor de la capa y el uso del mandril. Con la electroformación pueden obtenerse piezas difíciles o costosas de hacer con otros procesos, piezas de propiedades exclusivas o con tolerancias muy exactas o piezas con paredes muy delgadas, que requieren detalles muy finos en la superficie.

 

Reducción química o plateado sin electricidad: Se precipita metal de una solución química para formar películas brillantes para un posterior electroplateado.

 

Metalización al vació: Es el proceso para depositar una superficie metálica, en una cámara de vació, en objetos metálicos y no metálicos. Las piezas de materiales no metálicos han sustituido en forma gradual a troquelados y fundiciones de metal con los que se logran ventajas de costo, peso y una enorme variedad de productos. En este proceso las piezas se cubren con pintura, laca o barnices conductores mezclados con pigmentos; después del tratamiento para hacerlas conductoras se colocan en una cámara de vació. También se pone en la cámara una cantidad determinada de material para metalizar, sobre unos filamentos de tungsteno. Se evacua la cámara y se calientan los filamentos de tungsteno hasta que se evapora el metal y se difunde por toda la cámara; el vapor metalizado se condensa sobre las piezas y forma una capa brillante, a la cual se aplica una capa adicional protectora.

 

Aspersión del metal: La aspersión o mentalización es con una pistola en la cual se calienta el metal con una flama oxiacetilénica y se lanza contra la superficie de trabajo en forma de gotitas, las cuales se adhieren por acción mecánica y forman un revestimiento metálico. La aspersión suele ser para protección; aunque pueden usarse muchos metales, los más comunes son el zinc y el aluminio.

 

Revestimientos vítreos

 

El esmalte vítreo (porcelana a cerámica) es un revestimiento inorgánico, duro y parecido al vidrio, fusionado al metal. Se aplica a hierro esmaltado y funde a Cu, AI, Br, etc.

 

Los revestimientos vítreos son lisos, duros, lustrosos y resisten a altas temperaturas, pero están sujetos al descarapelado y al agrietamiento. Normalmente se aplican bajos voltajes (6 a 10 volts de C.D.)  y altas corrientes de 15 a 5,000 amperes. Ejemplos: Carbonizado, niquelado, cromado, plateado, dorado, estañado, etc.

 

Galvanoplastia

 

Los trabajos sobre electroquímica llevados a cabo por el químico inglés Humphry Davy, hacia 1800, y por Michael Faraday hacia 1830, condujeron a la galvanoplastia o empleo de la electricidad para recubrir un metal con otro. Werner von Siemens, oficial artillero prusiano y pionero de la industria eléctrica, desarrolló uno de los primeros procesos de galvanoplastia en 1842; unos cuchilleros de Birmingham, los Elkington, lo adquirieron en 1843. Hacia 1860 se empleaban plata y otros metales nobles para recubrir aleaciones más baratas; en 1869, comenzaron los baños de níquel. El baño de cromo se introdujo a mediados de los años veinte.

 

La galvanoplastia protege metales, como el acero, contra la corrosión. Se utiliza para fabricar hojalata y cubiertos. El método empleado es el de la electrólisis. En la galvanoplastia del cobre, por ejemplo, el objeto que se desea recubrir y una lámina de cobre puro se introducen en una solución de un compuesto de cobre. Se hace pasar corriente eléctrica entre la lámina, que constituye el ánodo o electrodo positivo, y el objeto, que forma el cátodo o electrodo negativo. El cobre se separa del ánodo y se deposita, puro, sobre el cátodo, que queda recubierto.

 

Para evaluar el grado de resistencia frente a la corrosión, en función de los diversos ambientes atmosféricos adversos, se emplean las cámaras de ensayos de laboratorio.

 

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