Electrode Posicion

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INTRODUCCION La aplicación de los recubrimientos metálicos para proteger a otros metales contar la corrosión está basada en el principio fundamental que afirma que un metal no sufrirá corrosión a menos que este en contacto con un ambiente corrosivo. Basándose en este principio fundamental se puede afirmar que, cualquier forma de barrera continua que se interponga entre la superficie del metal y el medio corrosivo al que se halle expuesto, tendrá propiedades anticorrosivas constantes. Un recubrimiento metálico continuo entonces, excluirá completamente del ambiente corrosivo al metal base. De ser posible esta continuidad solo se necesitaría conocer la resistencia del metal de recubrimiento frente a este ambiente corrosivo en particular. Sin embargo, en la práctica no es posible obtener recubrimientos metálicos continuos, debido a que en ellos se producen discontinuidades sea durante su aplicación, por corrosión del metal de recubrimiento o por daños mecánicos subsecuentes. Estas discontinuidades constituyen una característica inherente en los recubrimientos metálicos lo que permite que el metal base sea expuesto al medio corrosivo en áreas 1

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Page 1: Electrode Posicion

INTRODUCCION

La aplicación de los recubrimientos metálicos para proteger a otros metales contar la

corrosión está basada en el principio fundamental que afirma que un metal no sufrirá

corrosión a menos que este en contacto con un ambiente corrosivo.

Basándose en este principio fundamental se puede afirmar que, cualquier forma de barrera

continua que se interponga entre la superficie del metal y el medio corrosivo al que se halle

expuesto, tendrá propiedades anticorrosivas constantes.

Un recubrimiento metálico continuo entonces, excluirá completamente del ambiente

corrosivo al metal base. De ser posible esta continuidad solo se necesitaría conocer la

resistencia del metal de recubrimiento frente a este ambiente corrosivo en particular.

Sin embargo, en la práctica no es posible obtener recubrimientos metálicos continuos,

debido a que en ellos se producen discontinuidades sea durante su aplicación, por corrosión

del metal de recubrimiento o por daños mecánicos subsecuentes.

Estas discontinuidades constituyen una característica inherente en los recubrimientos

metálicos lo que permite que el metal base sea expuesto al medio corrosivo en áreas

localizadas, dando lugar a la formación de pares galvánicos entre metales desiguales.

En función de estos pares galvánicos los recubrimientos metálicos se dividen en dos tipo

generales (1); aquellos en los que el metal de recubrimiento constituye el ánodo del par

galvánico son llamados sacrificiales o anódicos y, aquellos en los que el metal de

recubrimiento actúa como cátodo llamados nobles o catódicos.

Los recubrimientos, como por ejemplo: Níquel, plata, cobre, plomo, cromo, todos ellos

sobre el acero o sobre otro metal ferroso son nobles por que el metal que actúa como

recubrimiento tiene un potencial de electrodo mayor que el del metal base: es decir, el

metal de recubrimiento es noble con respecto al metal base.

En los recubrimientos nobles una discontinuidad o porosidad que se encuentre expuesta en

la dirección de la corriente galvánica acelera el ataque del metal base, registrándose una

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corrosión por picadura, en la que cada poro o discontinuidad se transforma en una picadura

penetrante que el transcurrir el tiempo puede llegar a perforar el metal base.

Consecuentemente es muy importante que el recubrimiento noble siempre sea preparado

con el mínimo número de discontinuidades o poros, y que de existir cualquiera de ellos,

este sea lo más pequeño posible.

La dirección de la corriente galvánica en los recubrimientos nobles, va desde el metal base

a través del electrolito hacia el metal de recubrimientos, tal como lo indica la figura 1.

Fig.1 recubrimiento Noble

En los recubrimientos sacrificiales la dirección de la corriente galvánica atreves del

electrolito va desde el recubrimiento hacia el metal base, lo cual da como resultado, la

protección del metal base y la disolución del metal de recubrimiento (fig. 2).

De lo anteriormente expuesto se deduce que, el grado de porosidad o discontinuidad del

recubrimiento sacrificial no es de mayor importancia contrario a lo que ocurre con los

recubrimientos nobles.

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Fig. 2. Recubrimiento sacrificial.

Los recubrimientos metálicos son aplicados en un amplio rango de métodos, muchos de los

cuales se aplican también a los metales tales como los plásticos y polímeros. En términos

de tonelaje del producto terminado, el método de electrodeposición es el principal, pero

técnicas sofisticadas han sido desarrolladas para propósitos específicos en los que el costo y

la calidad son las características principales.

Los métodos de recubrimiento metálico de mayor aplicación son: electrodeposición e

inmersión en caliente.

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CAPITULO I:

ELECTRODEPOSICION

1.1 TECNICA DE ELECTRODEPOSICIÓN

Los recubrimientos compuestos de matriz metálica han sido producidos por diversas

técnicas, como: deposición física de vapor, deposición química, deposición térmica y

electrodeposición con corriente directa o pulsante. La ventaja de la técnica de

electrodeposición es que puede ser usada para revestir piezas de grandes dimensiones y con

bajos costos de operación. La electrodeposición de recubrimientos compuestos no es una

técnica novedosa, pero desde 1970 se viene estudiando y mejorando. Esta técnica es

interesante debido al bajo costo de producción y por la posibilidad de cambiar las

propiedades mecánicas de los mismos.

La selección de un sustrato y el metal de recubrimiento, da lugar a una gran cantidad de

combinaciones posibles metal-recubrimiento; inclusive se puede emplear un polímero, un

cerámico o material compuesto como sustrato. El recubrimiento puede ser un metal

solamente, una aleación o recubrimientos compuestos metal-polímero o metal-cerámico.

Generalmente se emplean como recubrimientos delgadas capas de metales más o menos

económicos. Por ejemplo el Níquel se emplea como sustrato o como recubrimiento. El

aluminio ofrece una excelente protección a sustratos de acero, pero la aplicación de

recubrimientos de aluminio se restringe debido a que se necesita emplear sales fundidas o

solventes no acuosos como electrolitos. Adicionalmente la técnica también permite cambiar

la composición del baño electrolítico para obtener depósitos con diferentes propiedades

físicas y químicas.

El objetivo de un proceso de electrodeposición es preparar un depósito que sea adherente y

que tenga excelentes propiedades físicas, químicas y mecánicas. Por ejemplo, los

recubrimientos de Cobre/Níquel/Cromo y Níquel/Cromo, se aplican generalmente sobre

acero, cobre y sus aleaciones para brindarles un efecto protector y decorativo. También se

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aplican sobre plásticos laminados para darles resistencia al uso, conductividad eléctrica y

térmica.

1.1.1 Fundamentos de electrodeposición.

La electrodeposición es un proceso por el cual un recubrimiento metálico es aplicado sobre

una superficie a través de una corriente eléctrica, generalmente continúa.

Los principales componentes del proceso de electrodeposición se listan a continuación y su

representación esquemática se puede ver en la figura 1.

Electrolito: solución que contiene los iones del metal que se desea depositar.

Cátodo: superficie donde se presenta la reacción de reducción. Electrodo de trabajo.

Mn+ + ne- M.

Ánodo: superficie donde se produce la reacción de oxidación. El ánodo puede ser

activo o inerte. Cuando el ánodo es activo este es del mismo metal que se desea

depositar y cuando es inerte, este no sufre ningún cambio químico durante el

proceso.

Corriente eléctrica: puede ser directa o pulsante.

Fig. 1. Esquema del principio de electrodeposición.

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1.1.2 Cinética y mecanismo de electrodeposición:

Relación entre la corriente y el potencial: cuando un electrodo hace parte de una celda

electroquímica a través de la cual fluye una corriente, su potencial difiere al potencial de

equilibrio. Si el potencial de equilibrio del electrodo (potencial en ausencia de corriente) es

E y el potencial del mismo electrodo como resultado de un flujo de corriente es E(I);

entonces la diferencia entre estos dos potenciales es el sobrepotencial η:

(1)

Para valores negativos grandes de sobrepotencial (η≥100 mV) la densidad de corriente

incrementa exponencialmente con el sobrepotencial de acuerdo a la ecuación (2); donde α

es el coeficiente de transferencia, n el número de electrones involucrados en la reacción y F

la constante de Faraday .

(2)

Influencia del transporte de masa sobre la cinética de electrodeposición: la relación entre la

corriente y el sobrepotencial (ecuación 2) es valida para el caso donde la transferencia de

carga es un proceso lento. Este tipo de relación tiene un limite donde la velocidad de la

reacción de deposición esta limitada por el transporte de los iones Mn+.

La región de corriente limite esta dada por:

(3)

Donde:

D: Coeficiente de difusión de la especie Mn+

CMn+*: Concentración de iones M en el seno de la solución

δ: Espesor de la capa de difusión

F: Constante de Faraday

A: Área del electrodo

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El espesor de la capa de difusión esta definido por el modelo de capa-difusión de Nerst (ver

figura 2). Este modelo asume que los iones M tienen una concentración en el seno de la

solución a una distancia mayor que δ desde la superficie del electrodo y luego esta

concentración cae linealmente hasta Cx=0 en la superficie del electrodo. En este modelo se

asume que el espesor de la capa liquida δ es prácticamente estacionaria. A una distancia

mayor que δ de la superficie, la concentración de los iones Mn+ se asume que es igual a la

concentración de estos, en el seno de la solución.

Fig. 2. Variación de la concentración del reactivo durante un proceso de electrodeposición.

En la zona de corriente límite, las especies Mn+ se reducen tan rápido como llegan a la

superficie del electrodo. Bajo esta condición, la concentración de iones Mn+ es nula en la

superficie del electrodo y la velocidad de deposición esta controlada por la velocidad de

transporte de iones Mn+ hacia la superficie del electrodo.

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En una solución electrolítica agitada, el espesor de la capa de difusión y la corriente límite

dependen de la velocidad de la agitación. Para el electrodo de disco rotatorio el espesor de

la capa de difusión depende de la velocidad angular ω de acuerdo con la siguiente ecuación:

(4)

Como la corriente límite depende de ω; entonces la ecuación de corriente limite total para

el electrodo de disco rotatorio esta dada por la ecuación de Levich :

(5)

Donde:

ω: Velocidad angular del electrodo

v: Viscosidad cinemática

A: Área superficial del disco

Eficiencia de la corriente: cuando dos o mas reacciones ocurren simultáneamente sobre la

superficie de un electrodo, el número de Culombios de electricidad que pasan corresponden

a la suma del número de equivalentes de cada reacción. Por ejemplo, durante la deposición

de Cu desde una solución de nitrato de cobre diluido en acido nítrico, ocurren tres

reacciones catódicas: la deposición de cobre (reacción de reducción de iones cobre) y la

reducción del nitrato y de los iones hidrogeno.

La eficiencia de la corriente EC, se define como el número de Culombios requeridos por

cada reacción Qj, dividida el número total de Culombios que pasan Qtotal.

(6)

Una ecuación alternativa que define la eficiencia de la corriente es:

(7)

8

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Donde Mj es el peso del metal depositado realmente y Mtotal es lo que se espera depositar si

toda la corriente fuera usada para depositar el metal j. En general una eficiencia de la

corriente por debajo del 100%, significa que el resto de la corriente fue empleada para

procesos como el de reducción de hidrogeno y iones nitrato en el caso de la

electrodeposición del cobre.

Espesor del depósito: el espesor del depósito se puede calcular considerando el volumen del

depósito. El volumen del depósito es el producto del área por el espesor del recubrimiento.

El volumen del depósito relaciona el peso y la densidad del depósito.

Entonces la densidad del depósito está dada por recubrimiento por: d = M/V y el espesor

del recubrimiento por:

(8)

Donde:

h: Espesor del recubrimiento

V: Volumen del deposito

A: Área que se desea recubrir

M: Masa depositada

d: Densidad del recubrimiento

Para el caso donde se requiera saber el tiempo requerido para obtener un recubrimiento con

un determinado espesor a partir de una densidad de corriente fija, se puede introducir la ley

de Faraday en la ecuación (8) para obtener la siguiente expresión:

(9)

Donde i es la densidad de corriente y PM el peso molecular de la especie depositada.

Mecanismo de codeposición de partículas en matrices metálicas: cuando un baño

electrolítico se modifica introduciendo partículas no metálicas como SiC, diamante, SiO2 u

óxidos metálicos como Al2O3, TiO2 y Cr2O3; con el fin mejorar las propiedades mecánicas

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de la matriz metálica. Es posible que estas partículas se rodeen por una capa delgada de

iones metálicos Mn+ y después que se aplica la corriente, la partícula con los iones

adsorbidos se transporta hacia el cátodo donde los iones metálicos se reducen y se forma un

recubrimiento con las partículas sólidas embebidas en la matriz metálica. Esta teoría se

fundamenta principalmente en el potencial Z, el cual determina la dirección y la velocidad

de movimiento de las partículas sólidas en una solución, después de aplicar una diferencia

de potencial eléctrico entre dos electrodos. Sin embargo, la naturaleza del proceso de

codeposición y el transporte de las partículas sólidas hacia el cátodo aun es un tema

controversial.

Existen tres posibles mecanismos que explican la incorporación de las partículas sólidas en

una matriz metálica empleando la técnica de electrodeposición estas son:

Electroforesis

Entrampamiento mecánico de las partículas

Adsorción física

S. Shawki y Z.Abdel, se inclinan por la teoría electroforética para la incorporación de

arena, cuarzo, Al2O y SiC en matrices de Ni-P. De igual manera, E.C. Lee opina que las

partículas de diamante después que los iones Níquel se adsorben sobre las partículas son

atraídas hacia el cátodo por electroforesis.

S. Shawki mide el potencial Z de las partículas en la solución electrolítica y encuentra que

todas las partículas sólidas están cargadas negativamente con magnitudes entre -35 y -60

mV para un pH 4 de la solución (ver tabla 1). Además, la cantidad de las partículas

incorporadas en el depósito muestra una dependencia inversa con la magnitud del potencial

Z. A media que aumenta la magnitud de la carga del potencial Z, disminuye la cantidad de

partículas en el depósito. Debido a que las partículas con alto potencial Z se rodean de

mayor cantidad de iones Ni; entonces la movilidad de este macro-ion decrece y la cantidad

de partículas que llegan al cátodo es menor.

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Tabla 1. Potencial Z para diferentes tipos de partículas en una solución electrolítica con

iones Níquel a pH 4.

El esquema del mecanismo para la codeposición de partículas de Carburo de Silicio en una

matriz de Níquel se presenta en la figura 3.

Fig. 3. Esquema del mecanismo de incorporación de las partículas de SiC en una matriz de

Níquel.

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1.1.3 Mecanismo de crecimiento

Existen dos mecanismos básicos para la formación coherente de un depósito: crecimiento

por capas y crecimiento tridimensional de cristales.

En el mecanismo de crecimiento por capas, los cristales van cubriendo la superficie paso a

paso, uno después del otro en forma de cristales contiguos a lo largo de la superficie (ver

figuras 4a, 4b). Estas estructuras constituyen una variedad de formas de crecimiento en la

electrodeposición del metal (por ejemplo: columnas, bigotes y fibras).

En el mecanismo de crecimiento de cristales en tres dimensiones (3D), un deposito

coherente se construye como resultado de la unión de los cristales (ver figura 4c). La

secuencia de crecimiento durante la electrodeposición en tres dimensiones consiste de

cuatro etapas:

1. Formación de núcleos aislados y crecimiento en 3D

2. Unión de los cristales 3D

3. Formación de una red

4. Formación de un depósito continúo.

Fig. 4. Representación esquemática del crecimiento por capas (a,b) y el mecanismo de

crecimiento tridimensional.

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Todas las condiciones que tiendan a incrementar la velocidad de formación de núcleos

tienden a incrementar el número de cristales. El número de núcleos se incrementa

aumentando la densidad de corriente, disminuyendo la concentración de iones metálicos y

disminuyendo la temperatura .

1.1.4 Variables del proceso de electrodeposición de recubrimientos compuestos con

matriz metálica.

Las variables del proceso de electrodeposición influyen sobre la naturaleza, la calidad y las

propiedades físicas y químicas de los recubrimientos. La presencia de aditivos o partículas

en la solución electrolítica, intervienen en el proceso de cristalización del metal

dependiendo de su concentración y naturaleza química. Para el caso de las partículas, el

tamaño también influye en la calidad del depósito.

La función de cada una de las variables que intervienen en el proceso de electrodeposición

se presenta a continuación.

Temperatura: los aumentos de temperatura hacen crecer normalmente la conductividad del

electrolito, así como las velocidades de difusión, la disolución química del ánodo y la

redisolución del cátodo. El efecto total es un descenso de la polarización. El descenso de la

resistividad del electrolito al subir la temperatura, da por resultado un descenso en la

densidad de corriente en los puntos salientes del cátodo, de modo que sus irregularidades se

desarrollan con menor rapidez que a temperaturas bajas. El desprendimiento de hidrogeno y

la precipitación de óxidos disminuye al reducirse la polarización y disminuye también su

influencia sobre el deposito. Los metales con elevada sobretensión de hidrogeno, como el

zinc, actúan de un modo opuesto. El aumento de temperatura aumenta el desprendimiento

de hidrógeno y la precipitación de sales contaminadoras. Ambos factores afectan de

manera nociva la naturaleza del depósito.

Densidad de corriente: el aumento de la densidad de corriente de la celda (aumento de la

intensidad de corriente por unidad de superficie del electrodo), eleva su capacidad de

producción de recubrimientos. En casi todas las operaciones galvanostáticas, la densidad de

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corriente tiene un límite determinado, debido a que densidades de corriente muy altas

generan depósitos quebradizos, disminuyendo la calidad del recubrimiento. Las bajas

densidades de corriente producen depósitos con alto contenido de impurezas.

Para cada proceso dado, la densidad de corriente óptima resulta de la discriminación de

muchos factores, tales como: costo del electrolito, gastos de fabricación, valor del material

obtenido, consumo de energía por unidad de producto obtenido. Cuando se trata de

materiales tan valiosos, como el oro, sometido a electrorefinación, se emplean grandes

densidades de corriente para acelerar el proceso, aunque den menores rendimientos.

pH: el pH de la solución electrolítica, influye notablemente en la naturaleza y aspecto del

depósito, así como en el rendimiento de la corriente. La disminución del pH, influye

favorablemente en la conductividad. Con esto se evita la precipitación de sales, pero se

favorece el desprendimiento de hidrogeno.

En algunos procesos industriales como el niquelado, se añade ácido bórico, el cual actúa

como un buffer débil y ayuda a mantener el pH al nivel deseado. En la deposición de

hierro, la acidez del baño puede ser tal que la disolución química del depósito se produzca a

una velocidad mayor que la de deposición.

Concentraciones de iones del metal: la concentración de iones de metálicos, en un

electrolito, esta determinada por la concentración molar de las sales, por su grado de

ionización (que a su vez dependerá de dicha concentración molar), por la temperatura, por

la presencia de o ausencia de iones comunes, o de elementos constitutivos del baño que

puedan originar iones complejos. La adición de iones comunes produce solo un cambio

relativamente ligero en las concentraciones del metal, sobre todo en las soluciones

concentradas, como consecuencia de la limitada solubilidad de las sales que puedan

añadirse. La formación de iones estables complejos reduce notablemente la concentración

de iones de metal. Las concentraciones molares muy bajas suministran depósitos

pulverulentos, incluso con pequeños valores de la densidad de corriente.

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Aditivos: para mejorar la calidad del deposito se añaden a las soluciones electrolíticas una

gran variedad de sustancias químicas. Existe una serie de productos orgánicos de elevado

peso molecular, que dan depósitos más lisos y de grano más fino en determinados casos.

Las sustancias que aumentan el peso del deposito, eso es, que son adsorbidas, tienden a

reducir el tamaño de los cristales, al paso que las sustancias que no varían el tamaño de los

cristales no son causa de aumento alguno en el peso del deposito, para una misma cantidad

de corriente.

Los aditivos utilizados con mayor frecuencia en la industria de galvanoplastia son:

abrillantadores, endurecedores, modificadores de estructura y niveladores.

Abrillantadores: otorgan brillantez al depósito. Los abrillantadores se emplean

comúnmente en altas concentraciones y generalmente producen depósitos con un

grano mas fino, debido a que modifican el proceso de nucleación. Para la

deposición de Níquel a partir de un baño Watts, se emplean dos tipos de

abrillantadores: sulfonatos y sulfonas aromáticas. La sacarina además de dar brillo a

los depósitos de Níquel, reduce la incorporación de hidrogeno durante la

electrodeposición y mejora la dureza.

Niveladores: este produce un nivel regular sobre el depósito a una escala

microscópica; actuando sobre los puntos donde se presenta mayor deposición del

metal. La adsorción del aditivo ocurre preferencialmente en las dislocaciones y los

picos de la superficie.

Modificadores de estructura: estos aditivos cambian la estructura del depósito.

Son utilizados para optimizar propiedades particulares de un depósito, como por

ejemplo el estrés.

Velocidad de agitación: el aumento en la velocidad de agitación de una solución

electrolítica con partículas en suspensión, contribuye al transporte de las partículas hacia el

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cátodo, aumentando la velocidad de codeposición y la cantidad de partículas incorporadas

en el deposito.

Concentración, tipo y tamaño de las partículas: la concentración, el tipo el tamaño de las

partículas en el baño influye directamente sobre la cantidad de partículas incorporadas en

una matriz metálica. Partículas de tamaños superiores a 16 µm presentan mayor dificultad

para incorporarse en la matriz que partículas con tamaños del orden de nanómetros . El

aumento en la concentración de partículas incrementa la cantidad de estas en el depósito

hasta cierto nivel, dependiendo del tamaño y tipo de partículas.

1.2 TECNOLOGÍA Y CONTROL

1.2.1 Instalación y equipos

Si se exceptúan los casos de recubrimientos de flejes o alambres, los cuales pasan

continuamente por el baño de recubrir, la mayor parte de la galvanostegia se realiza ya sea

suspendiendo el articulo que se va a electroplaquear de la barra distribuidora de corriente, o

colocando numerosos objetos pequeños en un tambor metálico perforado giratorio. El

propio tambor es el cátodo, o alternativamente tiene una sonda insertada que hace a los

objetos cátodos. Los tambores giran sobre un eje horizontal entre 5-20 rpm, y por medio de

un movimiento continuo. Los objetos se recubren de modo uniforme y son continuamente

bruñidos.

Los revestimientos de las cubas pueden ser de materiales diversos. Los cerámicos son muy

resistentes al calor, pero son frágiles y no son adecuados para baños con fluobaratos. Los de

vidrio tienen características similares; en cambio, los de plástico y resinas tienen ciertas

ventajas en su conformación, aunque son susceptibles al ataque alcalino y además son

caros. Los de goma se han usado bastante, pero no son idóneos para emplearlos a

temperaturas superiores a 75°C. el plomo tiene algunas ventajas, por cuanto que puede

conectarse a tierra, o hacer de ánodo insoluble siempre que los excesivos lodos no reduzcan

la capacidad para transportar cargas eléctricas. En este caso puede incorporar también un

sistema de calefacción por camisas de agua en el revestimiento; sin embargo, el principal

inconveniente que es el electrólito le puede atacar y en un corto periodo las perforaciones

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podrían conducir a un ataque catastrófico de las paredes exteriores de la cuba de acero

suave o madera.

Fig.5 Diagrama de conexión en una cuba de electrodeposición.

El calentamiento de la cuba se consigue normalmente por medio de serpentines con vapor

de agua; los arrollamientos son, en general, de titanio. En una gran instalación se puede

disponer fácilmente de vapor a una presión de 28-42 g/mm2; así, pues, de forma

comparativa, el calentar directamente con gas o electricidad es poco frecuente. La agitación

del electrolítico se puede realizar también por medio del vapor, aunque se usan electrodos

con un movimiento de vaivén. La agitación de baños calientes entraña el problema de los

vapores, y la extracción de los humos es de gran importancia en el proceso de limpieza,

decapado y electrodeposición. En particular, los vapores de ácido crómico pueden ser

tóxicos y pueden conducir a fuertes trastornos nasales. Idealmente, el electrólito debería

recircularse y filtrarse a fin de eliminar los lodos y las impurezas. Los lodos anódicos se

pueden eliminar usando bolsas o sacas alrededor del ánodo, y muchos filtros emplea el

sistema de los sacos. Para electrólitos ácidos sirven las telas de algodón; en cambio, para

baños cáusticos y cianurados. El control de las aguas residuales es una consideración

económica importante, independientemente de las normas de regulación de contaminación

de los ríos. La pérdida de capital, así como de productos químicos, puede prevenirse por

medio de una instalación adecuada de sedimentación, separación y recuperación.

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La potencia eléctrica la suministran los rectificadores conectados a una red trifásica de

corriente alterna, y dando hasta 10 000 A de corriente continua a 100 V al sistema de barras

de distribución que van a la cuba de electrodeposición, y en el cual debería haber un

dispositivo de seguridad para cortocircuitos entre el ánodo-cátodo. Un control variable se

consigue por la inmersión en aceite de reguladores de contacto con rodillos y

arrollamientos del secundario del transformador con varias tomas.

La instrumentación debe incluir voltímetros y amperímetros, aunque los medidores de los

culombios totales pueden ser muy útiles; en la figura 1 se representa un diagrama

esquemático de un circuito de electrodeposición. Para cargas por debajo de 150 a se puede

emplear varilla de cobre o cables flexibles; en cambio, para barras de distribución con altas

corrientes puede emplearse pletina de cobre o aluminio.

1.2.2 Control

El control del proceso está dirigido más bien a la composición del baño que al propio

producto, condiciones en el baño y condiciones relativas a las exigencias del producto.

El análisis químico del baño se limita generalmente a los principales constituyentes, y la

frecuencia de los análisis debe relacionarse con la corriente total consumida. Se usan los

métodos normales de análisis químico, aunque a veces pueden emplearse cómodamente los

medios empíricos ej. En baños de ácido crómico el constituyente principal es el CrO3, que

puede estimarse midiendo el peso específico; el único análisis químico que se necesita

frecuentemente es para conocer el contenido en sulfatos/ácido.

La acidez total puede medirse en términos del pH, para lo cual se emplean medidores del

pH como parte de la instrumentación de control. El control de las pérdidas debe realizarse

en conexión con las aguas residuales, concentraciones en el tanque de lavado, lodos e

impurezas filtradas.

El margen de electrodeposición indica la posible flexibilidad en las variables que actúan,

como la temperatura y densidad de corriente. No es fácil variar rápidamente la temperatura,

por lo que ésta se mantendrá constante, dando un margen de densidad de corriente en el cul

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existen unas condiciones óptimas de depósito. Esta puede estar influida económicamente

por el consumo de potencia, rendimiento de corriente, etc., pero en la práctica la calidad

del depósito obtenido es la consideración más importante. Por la resistencia del electrólito,

una superficie catódica irregular tendrá diferentes densidades de corriente sobre la

superficie-una mayor distancia entre ánodo-cátodo conduce a una densidad de corriente

más baja-. Esto puede superarse en parte por disposiciones geométricas en la cuba,

realizadas con ánodos auxiliares; aunque ello no influye en la aptitud del electrólito para

penetrar en los recovecos y recubrir eficientemente.

La célula de Hull proporciona el medio de calcular el margen de electrodeposición en el

cual se produce un aceptable depósito.

Fig.6. Célula de Hull de 267 ml de capacidad.

El croquis (planta) fig.2 muestra que la distancia entre el ánodo-cátodo varía entre 4,7625 y

12,7 cm, así que para una corriente aplicada de 2 A la densidad de corriente es 2,59

mA/cm2. En una distancia L a lo largo de la placa catódica, la densidad de corriente d.c

viene dada por:

d.c(L)=iappl(a-b log L)

El ánodo y el cátodo son intercambiables, y las dimensiones son tales que la célula contiene

267 ml. Cuando se usan agentes aditivos para controlar la extensión del margen o su

posición, el volumen de esta célula es tal que una adición de 2g a la célula es equivalente a

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1oz/EE.UU. gallon. (Obsérvese bien que en el caso de una célula de 320 ml de capacidad la

equivalencia corresponde a 1oz/gal GB). Se han propuesto células modificados, las cuales

pueden colocarse directamente en una cuba de electrodeposición o empleando cátodos

curvados, consiguiendo una relación D.C/L lineal.

La aptitud de un electrólito para recubrir los recovecos se expresa por su “poder de

penetración”. Varias células de ensayo y geométricas para el cátodo se han proyectado en

orden a obtener una medida cuantitativa del poder de penetración (fig.3); lacélula de

Harimg compara el peso de metal depositado en cátodos colocados a distancias diferentes

del ánodo (el poder de penetración igual a 100(K-M)/K, en donde K y M son los cocientes

entre las distancias el ánodo y los pesos de metal depositado en dos electrodos,

respectivamente).

Fig.7. Célula de Haring-Blum de poder de penetración.

1.2.3 Características del ánodo

Los ánodos solubles se prefieren casi siempre en electrodeposición, y el comportamiento

del ánodo puede desempeñar un papel importante en el funcionamiento correcto de un

proceso, ya sea en el rendimiento de corriente, poder de penetración o en el mantenimiento

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de la composición de la solución. Ánodos solubles ideales deberían de reunir las siguientes

características:

a) Que no tengan asperezas y que se disuelven por igual bajo la influencia sólo de la

corriente.

b) Formación mínima de lodos.

c) Disolución con un alto rendimiento de corriente anódica.

d) Alta corriente límite; esto se consigue teniendo el ánodo una gran área para una

cantidad de materia determinada.

e) Máxima pureza para un costo razonable.

El modo de fabricación puede ser importante, ánodos de moldeo pueden introducir

productos de erosión del molde en el baño, y estructuras de grano grueso pueden originar

una disolución desigual. Ánodos laminados son, en general, mejores y exentos de

porosidades. Evidentemente, algunos metales no son susceptibles de fabricarse por este

procedimiento, y en particular el cromo no se puede emplear para ánodos solubles debido a

su fragilidad en el estado de pureza comercial. En este caso anterior, las áreas anódicas

deben disponerse de tal manera que la disolución del ánodo soluble equilibre exactamente

la pérdida de metal de la solución en el cátodo. El plomo es el que se emplea con más

frecuencia con una pureza del 99,9 %, y, en general, se lo somete a una preelectrólisis para

producirle un filme estable y conductor de peróxido de plomo pardo (PbO2). El

acondicionamiento de un ánodo de plomo consiste en tratarlo anódicamente en ácido

sulfúrico diluido durante unos pocos minutos con 10-50 A/dm2 –lo justo para obtener un

filme de peróxido homogéneo-. Elementos aleantes, tales como el estaño, antimonio o

plata, se han añadido hasta una proporción del 6-7 por 100 y parece que estabilizan ese

filme y endurecen así el ánodo. La presencia del PbO2 pardo se toma como un criterio de

buen funcionamiento en la mayoría de los procesos. Los ánodos han de ser resistentes al

oxígeno, y por ello otros materiales pueden ser un hierro-silicio al 3%, titanio platinizado y

grafito; el último se oxida a un producto gaseoso no pasivante. El acero inoxidable tiene un

uso limitado en galvanostegia, pero se emplea más extensamente en recubrimientos por

conversión química y en el anodizado del aluminio.

21

Page 22: Electrode Posicion

En algunos casos de metales de transición teniendo dos o más estados de oxidación, uno de

ellos puede ser un inconveniente. El estaño en soluciones alcalinas puede ser un

inconveniente. El estaño en soluciones alcalinas puede disolverse como estannito (Sn2) o

estannato (Sn4); aunque el primero da rendimientos anódicos superiores, produce un

aumento de estannitos en la solución que se dismutan en el cátodo, dando depósitos

pulverulentos:

2Sn(OH)42- Sn0 + Sn(OH)6

2- + 2OH- +2e

La curva de polarización anódica (fig. 3) muestra con claridad que si se aplica inicialmente

un potencial grande al estaño, ocurre la disolución a través del óxido tetravalente SnO2, y el

color característico del filme que se forma indica de nuevo que el ánodo funciona de modo

satisfactorio. Adiciones de aluminio hasta del 1% al ánodo hacen que la formación del

filme sea más satisfactoria, sin afectar las propiedades del depósito catódico.

1.2.4 Preparación de la superficie.

Los detalles de los fundamentos y práctica de la preparación de la superficie antes del

recubrimiento metálico se consideran posteriormente, y en general se usan métodos

parecidos, independientes del método de recubrimiento. Los procedimientos pueden ser

divididos en cuatro categorías:

a) La preparación por abrasivos sólo es necesaria, en general, para piezas de moldeo y

objetos que se han de recubrir nuevamente donde hay que quitar por completo el

recubrimiento original. En el caso de piezas de moldeo, la superficie es rugosa y los

bebedores, etc., tienen que eliminarse. El fresado y el desbaste pueden ser

necesarios inicialmente con cepillos metálicos, y como tratamiento final, un

chorreado con granalla; este último es particularmente valiosos para limpiar

hendiduras y superficies poco lisas.

b) La limpieza está asociada generalmente con contaminantes sólidos, tales como

polvo, limaduras, etc., o con aceites o grasas. La grasa, mediante tratamientos

catódicos alcalinos; en los cuales la combinación de álcalis, jabones y el

22

Page 23: Electrode Posicion

desprendimiento de hidrógeno produce una completa en el baño. La limpieza por

flameado puede aplicarse con tal que sea posible un control adecuado de la llama y

no haya ningún peligro de interacción perjudicial (por ejemplo, cementación con el

propio metal).

c) El decapado ácido es necesario para quitar las películas de óxidos superficiales,

sulfuros, etc., y asegurar una perfecta adherencia entre metal/metal base durante el

recubrimiento, y puede que sean necesarios procesos especiales para quitar los

recubrimientos metálicos anteriores. Las capas delgadas pueden suprimirse por

inmersión en ácidos, pero es de uso corriente emplear tratamientos electrolíticos y

frecuentemente anódicos, seguidos de catódicos, alternando las polaridades a fin de

que se eliminen por completo. El ácido clorhídrico es un decapante rápido a

temperatura ambiente, pero el ácido sulfúrico es más versatíl, ya que se puede usar

a mayores temperaturas y es más barato, a no ser que sea posible la regeneración.

En ciertos procesos especiales, el decapado en fase gaseosa –a menudo por

volatilización de cloruros metálicos- o en baños alcalinos fundidos resulta necesario

para capas aleadas.

d) El acabado del sustrato puede realizarse por ataque químico o pulido. Al anodizado

le procede frecuentemente un electropulido, y el ataque superficial se dice a veces

que “engancha” los recubrimientos y mejora la adhesión. Tratamientos de

electroalisamiento se pueden dar también si el decapado ofreciese una superficie

mate o rugosa.

1.2.5 Electrodos, electrólisis, velocidad de reacción y leyes de Faraday

Se producen una cantidad de fenómenos electroquímicos que se producen de modo

irreversible, siendo uno de ellos la electrólisis, donde por el paso de la corriente eléctrica, se

origina una reacción química. Para invertir el sentido de la reacciona química espontanea,

hay que suministrar energía, en forma de corriente eléctrica, la cual pasa a la célula en

donde tiene lugar la reacción bajo una cierta diferencia de potencial.

23

Page 24: Electrode Posicion

La energía mínima necesaria para invertir el sentido de la reacción en esa célula, es donde z

es el número de electrones, F es la constante de Faraday, y E es la fuerza electromotriz de la

célula.

En la práctica esta energía no es suficiente debido a una serie de fenómenos irreversibles,

por lo que se requiere una energía extra y por tato una diferencia de potencial mayor que la

reversible. De este modo los electrodos donde se producen las reacciones, se dividen en

electrodos totalmente polarizables y totalmente no polarizables. Los primeros son aquellos

que no permiten que las partículas cargadas eléctricamente pueden pasar por la interfície

por lo que no hay transferencia de partículas a través de su superficie. Los electrodos

totalmente no polarizables permiten que las cargadas eléctricamente atraviesen libremente

la superficie del electrodo sin oponer ninguna barrera. Para vencer este obstáculo, es

necesario aplicar un exceso de energía o voltaje denominado potencial de polarización,

conociéndose a este fenómeno como polarización. En los electrodos positivo y negativo se

dan una serie de reacciones cuya cinética es de la máxima importancia para conocer mas

completamente el fenómeno de electrólisis. Estas reacciones pueden ser de distintos tipos,

y ocurren en las interfases metal-electrolito siendo reacciones catalíticas heterogéneas.

En las reacciones electroquímicas, la velocidad de la reacción se puede expresar en función

de la densidad de corriente i, escribiéndose:

Esta velocidad esta expresada en moles por segundo y por unidad de área de la superficie

del electrodo. Las leyes de la electrólisis (leyes de Faraday) ofrecen la demostración

cuantitativa de la naturaleza eléctrica de la materia, definiendo el termino de unidad de

cantidad de electricidad. Las leyes de Faraday especifican el producto I · t, donde t es el

tiempo requerido para producir un definido peso de recubrimiento metálico. La cantidad de

productos depositados o des compuestos por la corriente eléctrica en el cátodo y en el

24

Page 25: Electrode Posicion

ánodo son proporcionales a la intensidad de corriente y las cantidades de materia

intercambiables entre ánodo y cátodo son equivalentes estequiométricas

El paso de una cantidad de corriente de 96490 culombios a través de un electrolito

depositara, liberará o descompondrá en cada electrodo un equivalente electroquímico de

sustancia. Para depositar un equivalente gramo de cualquier metal se necesitan 96490

amperios segundo (96490 culombios). Esta cantidad de corriente eléctrica es el llameo

equivalente electroquímico de un metal y se conoce como Faraday (1F), y equivale a 1 mol

d electrones.

Normalmente la cantidad de metal depositada es menor a la deducida teóricamente por la

ley de Faraday. Por ello, podemos hablar de un rendimiento de corriente catódico (RCC),

expresado como:

1.3 SISTEMAS DE ELECTRODEPOSICION

Un resumen de las soluciones de electrodeposición más importantes, condiciones, etc., para

el depósito de metales puros se ofrece en la siguiente tabla, estas se pueden clasificar en

varias clases, como se indica a continuación.

a) Simples baños ácidos; en los cuales el metal esta como catión, solvatado, pero no en

formas de complejo. Estos incluyen baños de fosfatos (Cu, Zn, Sn), fluorboratos,

sulfamatos, etc.

25

Page 26: Electrode Posicion

b) Baños ácidos complejados; en los cuales el metal está presente como un anión y la

deposición catódica tiene lugar por medio de una etapa intermedia o película

catódica.

c) Baños alcalinos; para metales que forman óxidos anfóteros, y de aquí complejos

hidroxilos aniónicos en solución. El baño estannato incorpora estannato sódico o

potásico, y el estannato se estabiliza por el exceso de iones hidroxilo, así que se

impide la formación de estannitos indeseables.

d) Baños alcalinos complejados, siendo los más comunes de todos los baños

cianurados. Los electrolitos cianurados deben ser alcalinos para evitar la formación

del ácido cianhídrico, y en general tienen dos defectos: absorben rápidamente

dióxido de carbono formando carbonatos, y, en segundo lugar tienden a pasivar los

ánodos solubles con bastante facilidad. El cobre forma por lo menos dos cianuros, y

la preponderancia relativa depende de la concentración del cianuro.

Cu+ + 2CN- Cu(CN)-

Cu+ + 3CN- Cu(CN)23-

En algunos casos, aunque el baño tenga complejos de cianuro, se comporta como si

tuviera complejos de hidróxido por la alta alcalinidad. Baños de cianuro de cinc se

comportan catódicamente como electrólitos anfóteros.

Zn(CN)42- + 4OH- ZnO2

2- + 4CN- + 2H2O

26

Page 27: Electrode Posicion

Tabla 2. Soluciones y condiciones para la electrodeposición.

27

Page 28: Electrode Posicion

1.4 PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS DEPOSITOS

La función de los electro depósitos, por su misma estructura, es la de cambiar y

normalmente mejorar las propiedades superficiales de un sustrato en relación con sus

propiedades superficiales de un sustrato en relación con sus propiedades mecánicas y con el

comportamiento a la corrosión. Un resumen de las propiedades se da en la tabla 3. Estos

valores ofrecen órdenes de magnitud, ya que según sean las condiciones de la

electrodeposición, será el deposito y su espesor total. Evidentemente, los metales muy

duros, como el cromo, se emplean en aplicaciones donde sea necesario una resistencia de

desgaste, mientras que los metales blandos se usan como superficies para cojinetes. Los

metales que tienen tensiones internas altas, que pueden conducir al microagrietado, no están

necesariamente limitados en su empleo, porque el cromo duro de 0,01-0,07 mm de espesor

esta agrietado en varias capas, y las grietas le confieren unas propiedades lubricantes

valiosas para las aplicaciones ingenieriles. El grupo del platino se emplea particularmente

en electrónica para contactores, etc., en donde una superficie dura se combina con una

notable resistencia a la oxidación y al empañado bajo el frecuente chisporroteo de los

contactos.

28

Page 29: Electrode Posicion

Tabla3. Propiedades mecánicas de los dépositos

Carga de rotura

(kg/mm2)

Deformación

(%)

Dureza (100g

Knoop)

Tensiones inernas

(kg/mm2)

Ag

Cd

Cr

Cu

Fe

Ni

Zn

25-35

10-15

10-40

20-50

35-150

3-25

10-20

0

2-40

2-40

0-30

0-50

55-80

15-60

400-1000

35-190

130-380

120-600

45-120

5-10 de tracción

5-10 de compresión

20-60 de tracción

20-50 de tracción

10-20 de tracción

15-35 de tracción

10-20 de tracción

En los recubrimientos que se emplean en medios corrosivos, es el propio medio quien

decidirá su espesor y naturaleza. Los recubrimientos decorativos tienen frecuentemente un

espesor de 10-4 a 10-5 mm, porque las condiciones corrosivas en que se encuentran son

suaves, y a su vez la presencia de una subcapa que es algo resistente. En condiciones mas

severas y cuando el recubrimiento es protector sacrificialmente, el espesor será de 10 -1 a

10-2 mm.

Tabla 4. Velocidades de corrosión relativas de cadmio y zinc

Atmósfera Velocidad de corrsión (mm/año)

Zinc Cadmio

Industrial

Urbana

Marina

0,005

0,0018

0,0025

0,01

0,0023

0,0013

El cadmio y el cinc protegen sacrificialmente al acero y son útiles en especial para la

protección contra la corrosión atmosférica. De los datos de velocidades de corrosión, en la

tabla 4 puede verse que en atmosferas marinas el cadmio es más resistente, pero en

atmosferas industriales el cinc lo es mas; esto se explica por las estabilidades relativas de

sus cloruros y óxidos, respectivamente. Ambos metales pueden pasivarse por un

29

Page 30: Electrode Posicion

tratamiento químico ( el cinc no pasivado tiende a formar una película de oxido blanco

voluminosa, dándole un aspecto desagradable). En contraste con el cinc, el cadmio

mantiene su brillo, y de esta manera, aunque es diez veces mas caro, encuentra usos

particulares. Además, el cadmio se puede soldar con mas facilidad, y durante la

electrodeposición la fragilidad por hidrogeno catódico es menor que en el cinc, y

particularmente es más valioso como recubrimiento sobre aleaciones de base cobre cuando

puede originarse la corrosión bimetálica con aluminio o magnesio.

El estaño debe su amplio uso a dos propiedades importantes: soldabilidad y no toxicidad.

Además tiene un aspecto brillante, puede pasivarse en cierto grado, tiene un punto de fusión

bajo, pero, desgraciadamente, es muy caro. Sus propiedades de soldabilidad pueden

atribuirse a la facilidad con que forma uniones intermetalicas sobre acero y cobre, asi como

a sus características de fluidez, haciéndolo inapreciable en circuitos impresos, contactos

eléctricos soldados, recubrimientos de alambres y en la fabricación debotes. Debido a que

el estaño no es toxico, se puede emplear en los equipos de manejar alimentos utensilios y

en especial envases para alimentos en donde pueden existir condiciones corrosivas

peculiares. La parte exterior de un bote esta sujeta a la corrosión atmosférica normal, pero

la interior debe ser esteril y anaeróbica como requisitos previo para evitar el deterioro

bacteriolo de los alimentos. Por conseguiente, el acero es anódico en la parte exterior, y el

estaño puede ser anódico en la parte interior. En la practica es posible, por un recubrimiento

diferencial del fleje, preparar un deposito mas grueso en la superficie interior, en donde la

corrosión puede ser severa, y uno mas delgado enla parte exterior, donde un laqueado

decorativo ayuda a la resistencia contra la corrosión. Un laqueado interiro puede ser

indispensable para alimentos particularmente corrosivos, aerosoles y productos tales como

cervezas y cerezas rojas, donde la disolución metalica poria afectar la calidad del

contenido. Los recubrimientos de estaño son del orden de 10-4 a 10-3 mm de espesor, y solo

se acercan a 10-2 mm en los depósitos obtenidos por inmersión en caliente de amplio uso a

temperaturas altas, como pueden ser moldes de cocina y bandejas.

Depósitos gruesos de niquel se usan en especial en aplicaciones de ingeniería, restauración

de piezas, revestimientos para instalaciones de producto químicos y como capa resistente a

30

Page 31: Electrode Posicion

la oxidación a alta temperatura. La pérdida de brillo se encuentra en algunas plantas

químicas, debido frecuentemente al “empañado” por sulfuros. En la electro conformación,

el níquel ha sustituido rápidamente al cobre, por su dureza y resistencia, y porque se

dispone del baño de sulfamatos. En aplicaciones resistentes a la corrosión, el níquel se

encuentra como subcapa en los cromados, pero tiene algunos campos particulares que le

son propios; los productos químicos y, en las industrias de alimentación, para ciertos tipos

de líquidos corrosivos.

Su importancia como subcapa para el cromo estriba ene le hecho de que mientras el cromo

es un metal pasivo y muy resistente a la corrosión debido a filme de Cr 2O3, es difícil de

depositar en una condición brillante y libre de tensiones, y puesto que en estado brillante es

susceptible al agrietamiento, e metal base quedaría expuesto. Estos sustratos de níquel

pueden electrodepositarse libres de poros, de manera que se puede emplear una capa de

cromo decorativo de 10-4 a 10-5 mm para darles buen aspecto. Se han propuesto una serie de

sistema, algunos de los cuales se mencionan a continuación:

a) Níquel brillante-cromo convencional, por ejemplo, objetos caseros.

b) Níquel brillante-cromo alta temperatura/alta relación, por ejemplo, embellecedores

para automóviles.

c) níquel brillante-doble capa de cromo, es decir, cromo alta temperatura/alta relación,

seguido de cromo de formulación autorregulable de alta velocidad.

d) Doble capa de níquel (níquel mate seguido de níquel brillante)-cromo sin grietas.

e) Doble capa de níquel-cromo microagrietado.

En las especificaciones de la electrodeposición que se usan en la industrias del automóvil se

emplean corrientemente de 1x10-2 5x10-2 mm de níquel y a continuación unos 10-4 a 10-3

mm de cromo, pero para ciertas piezas, en especial para las moldeadas a base de cinc, tales

como los mangos de las puertas de los coches, el primer recubrimiento puede sr una capa

de cobre de (10-2 mm9 seguida de una de níquel (10-2 mm) y luego cromo.

31

Page 32: Electrode Posicion

El cobre, debido a la facilidad con que se empeña, no se usa para usos decorativos; en

cambio, los depósitos aleados se emplean bastante en este campo. Los depósitos de cobre se

emplea tanto por su valor como subcapa para el cromo como por su soldabilidad y

propiedades conductoras. Depósitos gruesos se usan como “ capa preventiva” enla

nitruración y cementación de acero y como protección en piezas de ingeniería que pueden

sufrir la corrosión con rozamiento. Su empleo en la electroconformacion ha disminuido un

poco con la llegada del proceso de níquel en sulfamatos, pero aun se emplea extensamente

para matrices de discos de gramófono, etc.

1.5 PROCESOS DE ELECTRODEPOSICIÓN

1.5.1 PROCESO DE COBREADO

El cobreado electrolítico es un proceso que permite aplicar un recubrimiento de cobre sobre

materiales como el acero, hierro, latón y zamak. Con un espesor variable según las

necesidades, tiene como objetivo mejorar las propiedades del material base gracias a su

elevada maleabilidad, ductilidad y conducción de la electricidad. Frecuentemente, el cobre

forma la primera capa en un sistema decapas de recubrimiento, puesto que es fácil de

depositar en metales y plásticos, ya que presenta una elevada conductividad; además, la

capa de cobre es muy resistente, económica de aplicar y forma una buena base adhesiva

para otros metales. El cobrizado puede aplicarse a partir de baños alcalinos cianurados y

baños ácidos con ácido sulfúrico. El cobrizado ácido con sulfatos, generalmente requiere un

control más estricto del baño a fin de mantener los parámetros en el rango óptimo, sin

embargo, se evita el uso de cianuro. El baño ácido, también puede utilizarse como primer

revestimiento metalizado en plásticos, por su gran ductilidad. En un baño ácido, el sulfato

de cobre CuSO4 representa la fuente de iones de cobre que se deposita en la superficie a

recubrir. Para este proceso se recomienda sulfato de cobre químicamente puro. El baño de

cobre típico contiene sulfato de cobre, ácido sulfúrico, iones de cloruro y aditivos de brillo.

Sólo dos son los tipos de solución que se utilizan en gran escala, esto es, las soluciones de

cianuro y las soluciones ácidas. El primer tipo consiste esencialmente en una solución de

cianuro cuproso en un cianuro de metal alcalino, con o sin varios agentes de adición. Las

soluciones de cianuro tienen un excelente poder de penetración; no obstante, en general,

son inapropiadas para la obtención de depósitos de un espesor apreciable, pero tienen la

32

Page 33: Electrode Posicion

ventaja de poder ser aplicadas directamente a los metales ferrosos. Las soluciones ácidas

consisten en una solución de sulfato de cobre y ácido sulfúrico, y se utilizan principalmente

para recubrir aquellos metales que no son atacados químicamente por la solución, y

especialmente cuando se requiere un espesor apreciable, como en galvanoplastia.

a) So luc iones de c ianuro .

El baño de cobre cianurado, a pesar de los peligros que involucra su operación para la

salud, y por sus desechos provenientes de aguas de enjuague, aún sigue siendo en

algunos casos una opción insustituible. Se recomienda la utilización de las

formulaciones conteniendo sales potásicas, ya que aumentan considerablemente el

rango de trabajo de las soluciones. Los ánodos para todos los baños deben ser de cobre

de la mayor pureza posible, libres de óxido. Ellos pueden ser laminados o elípticos. En

algunas aplicaciones, es aconsejable utilizarlos con fundas. Este tipo de solución se

utiliza casi exclusivamente cuando se aplica el cobre como recubrimiento previo para el

niquelado. El baño de cianuro consiste esencialmente en una solución de cobre en

cianuro sódico o potásico, con un exceso de este último. La solución trabaja

normalmente a unos 32 a 38° C, con densidades de corriente de hasta 2 amperios por

dm2.

Una cantidad excesiva de cianuro da por resultado una gran proporción de hidrógeno

desprendido, con la consiguiente disminución del rendimiento de corriente, y puede ser

causa del levantamiento de los depósitos. Cuando el contenido en carbonato llega a ser

muy elevado, es de aconsejar la eliminación del exceso, ya sea apartando una parte de

la solución, o todavía mejor, refrigerando la solución ligeramente por debajo de 0° C,

con lo cual la mayoría del carbonato se separa por cristalización. Un nuevo método para

la eliminación del exceso de carbonato consiste en el agregado de carburo de calcio. El

carburo reacciona con el agua para formar hidróxido de calcio, que a su vez precipita el

carbonato como carbonato de calcio. El lodo puede eliminarse por decantación y

lavado.

33

Page 34: Electrode Posicion

Otros contaminantes son los orgánicos que causan un deposito poco uniforme, rugoso,

picado y/o falto de cuerpo. En casos severos de contaminación orgánica suelen

polarizarse los ánodos (se cubren con una película no conductora de sales de cobre),

disminuyendo por consiguiente el flujo de corriente eléctrica. La alternativa valida para

la recuperación del electrolito es el agregado de carbón activado, y posterior filtrado. El

cromo hexavalente, como contaminante, provoca depósitos incompletos en la zona de

baja densidad de corriente. Los sulfuros producen coloraciones rojizas en las zonas de

baja densidad de corriente. Pequeñas adiciones de cianuro de cinc, eliminan el

contenido de sulfuro en los electrolitos. Las soluciones de cianuro se aplican

comúnmente en cubas de acero, aunque más recientemente se ha incrementado el uso

de cubas recubiertas de goma. Existen diferentes tipos de baños con los que se trabajan,

algunos de ellos se detallan a continuación:

Baños de Cobre tipo "Strike" multipropósito: La finalidad principal de estos baños

es la de depositar una película de cobre de gran adherencia, activar substratos

pasivos, o como paso de seguridad luego del proceso de limpieza. Los depósitos de

los baños de cobre "Strike", normalmente están en el rango de espesores de 0,5 a 2,0

µm. Existen dos formulaciones, una basada en sales sódicas y otra en sales

potásicas, y ambas son de uso general. Según algunos autores, las sales potásicas

admiten un rango de corriente mayor que las de sodio. Este baño "Strike" de cobre,

es uno de los más utilizados para el bañado del aluminio tratado con una solución de

cincado (tratamiento previo). También puede ser usado sobre piezas de cinc y sus

aleaciones, y diversos metales que pueden ser atacados por la acción de los distintos

productos químicos o componentes de los demás baños. El uso de la sal de Rochelle

(tartrato doble de sodio y potasio), le confiere a la solución características de alta

velocidad de depósito.

Baños de Cobre de alta eficiencia: Estos tipos de electrolitos están formulados para

obtener depósitos de gran espesor, con un régimen de depósito veloz. Se pueden

obtener mejoras en el brillo mediante el agregado de aditivos o agente sin orgánicos

a la solución de cobre. Dentro de los posibles, se encuentran el sulfito, bisulfito e

34

Page 35: Electrode Posicion

hiposulfito de sodio. El abrillantado puede lograrse también mediante la

interrupción de corriente en intervalos repetitivos, o con equipos de corriente

periódicamente reversa (PRC),con lo cual, también se mejoran las características del

depósito electrolítico respecto a su estructura cristalina y granular. En esencia el

procedimiento consiste en invertir periódicamente la corriente utilizando un ciclo

relativamente lento. El ciclo exacto de inversión periódica se determina en cada

caso experimentalmente, pero el más corriente es uno de 20 segundos de

recubrimiento seguido de otro de 5segundos de disolución a densidades de corriente

muy elevadas. Aunque es obvio que este procedimiento tiene un rendimiento bajo

por ciclo que otro con corriente continua normal, las elevadas densidades de

corriente que pueden utilizarse significan que puede reducirse considerablemente el

tiempo total invertido en obtener un recubrimiento de un espesor determinado.

b) Soluciones Acidas

El cobreado ácido se efectúa a partir de una solución que consiste fundamentalmente en

sulfato de cobre y ácido sulfúrico. Este tipo de soluciones tiene un bajo costo de

preparación y los rendimientos anódicos y catódicos llegan al ciento por ciento en

muchos casos. El depósito de cobre logrado con este tipo de soluciones suele ser de

color mate, ysi se precisa una superficie brillante, requiere un considerable trabajo de

"afino". Es preciso limpiar mucho más cuidadosamente el metal de base antes de

procederal cobreado en baño ácido de lo que precisan las soluciones de cianuro, pues, a

diferencia de estas últimas, la solución de sulfato no posee propiedades detergentes. La

presencia del ácido sulfúrico es esencial, pues evita la formación de precipitados de

sales básicas de cobre y también aumenta la ionización y, por consiguiente aumenta la

conductibilidad de la solución, reduce la posibilidad de que los electrodos se polaricen y

ahorra el consumo de fuerza. Reduciendo la concentración de iones cobre de la

solución, el ácido tiene también el efecto de producir depósitos lisos de pequeño tamaño

de grano. Comúnmente, se utilizan densidades de corriente de 2 a 6,5 amperios por dm2.

Las soluciones de cobre trabajan usualmente a temperatura ambiente, aunque a veces se

utilizan temperaturas hasta de 50 °C. La elevación de la temperatura da lugar a la

35

Page 36: Electrode Posicion

obtención de un depósito de cobre más blando. La agitación con aire aumenta

ladensidad de corriente que pueda utilizarse. Se utilizan cubas de acero recubiertas de.

goma. La parte exterior de la cuba debe recibir un tratamiento con pintura asfáltica anti-

sulfúrica, puesto que la solución es muy corrosiva. Los contaminantes más comunes en

los baños al sulfato provienen de la descomposición de los abrillantadores (orgánicos),

o por impurezas metálicas (sales con impurezas, cubas metálicas con recubrimiento

defectuoso, etc.). En ambos casos, las características del depósito se ven alteradas. En el

caso de las impurezas orgánicas, se debe tratar con carbón activado. En casos de

contaminaciones severas, se debe tratar con agua oxigenada, o con permanganato de

potasio. Una vez descompuestos los contaminantes orgánicos, se debe tratar finalmente

con carbón activado. A continuación se presentan los dos baños basados en soluciones

ácidas más utilizados junto con sus características particulares:

c) Baños de cobre al sulfato convencionales.

Estos baños resultan económicos de preparar, de operar y de neutralizar (tratamiento de

aguas residuales).Los componentes químicos básicos de una solución de cobre ácido

son el sulfato de cobre y el ácido sulfúrico. Estas sales son altamente conductoras de

electricidad y se disocian con facilidad, pudiendo así trabajar con densidades de

corriente suficientemente elevadas. Las piezas de hierro, deben ser cubiertas con una

película previa de cobre alcalino o de un depósito de níquel "Strike", para evitar

desprendimientos de las películas depositadas por oxidación del metal de base. Los

baños normalmente se operan a temperatura ambiente. En las soluciones semi brillantes

y brillantes, el agente de adición utilizado para lograr este fin es la thiourea, que debe

ser adicionada en cantidades exactas, ya   que el exceso de este producto, favorecerá la

polarización anódica, disminuyendo el rendimiento por el menor pasaje de corriente

eléctrica y por la caída en el régimen de disolución anódica. Se aconseja el tratamiento

de las soluciones de cobre ácido que contengan este tipo de aditivo, ya que el mismo

tiende a descomponerse con o sin el uso del electrolito. La forma más conveniente de

evitar esto es realizar un tratamiento preventivo de la solución con carbón activado en

forma total y periódica. Por lo general, para realizar baños de cobre ácido sobre material

ferroso, se aconseja un baño previo de cobre alcalino (flash o strike).Se puede realizar

un buen depósito de cobre ácido directamente sobre hierro, siempre y cuando el mismo

36

Page 37: Electrode Posicion

haya sido inmerso un breve tiempo en una solución diluida de ácido arsenioso, que

puede ser sustituida también por una sal de plomo o de antimonio.

Baños de cobre acido "U BAC"(Udylite Brigt Acid Cooper).

El empleo del proceso "UBAC" produce depósitos de cobre de alto brillo, con excelente

ductilidad y gran poder de nivelación. Las propiedades atribuidas a este proceso,

pueden ser resumidas en los seis puntos siguientes:

1. Los depósitos obtenidos poseen excelentes características de

nivelación.

2. El depósito resulta de brillo especular trabajando en el rango de

densidades de corriente normalmente empleadas. Puede ser niquelado y cromado

directamente sin necesidad de repulido.

3. Las películas de cobre obtenidas mediante este proceso pueden ser

repulidas fácilmente.

4. Los depósitos poseen ductilidad excepcional.

5. No se originan productos nocivos de descomposición durante la

electrólisis, y el agente de adición no se deteriora con el tiempo.

6. La solución es muy fácil de controlar, ya que posee un solo agente de

adición.

El aspecto más importante en el funcionamiento de este proceso consiste en la

selección del tipo de ánodos. Es indispensable que los ánodos posean una determinada

concentración de fósforo para poder obtener resultados óptimos con el proceso

"UBAC". El empleo de ánodos de material inadecuado dará lugar a la formación de

grandes cantidades de iodo, que origina asperezas y picados. Es esencial una vigorosa

agitación por aire, ya que la falta de ella daría lugar a la formación de depósitos

"quemados" en las zonas de alta densidad de corriente, y poco uniformes en las de baja

densidad. En caso de que se desee obtener depósitos realmente lisos, es esencial

efectuar una buena filtración. Para ello se requiere normalmente el empleo de papeles

de filtro y un caudal mínimo por hora equivalente al del volumen del baño. Estos baños

de cobre, al igual que los procesos de cobre ácido convencionales, presentan un

excelente poder de cobertura o micro penetración. En las piezas de fundición, no se han

37

Page 38: Electrode Posicion

evidenciado dificultades para ser cobreadas con este tipo de soluciones. Otra ventaja

del "UBAC" con relación a las piezas de fundición es que posee muy buena nivelación

comparada con la nivelación negativa característica dela mayoría de los

procedimientos de cobre alcalino cianurado. Además, posee gran tolerancia a la

contaminación con cinc. De hecho, este proceso llega a trabajar satisfactoriamente con

iguales concentraciones de cinc en solución que de cobre. Otra interesante aplicación

de este baño es que, según está comprobado, una delgada capa de cobre "UBAC",

aumenta la excelente resistencia a la corrosión en un depósito triple compuesto por

Níquel brillante, "Níquel-Seal" y Cromo. El ácido sulfúrico sirve para aumentar la

conductividad de la solución y para facilitar en cierta medida la oxidación del ánodo de

cobre, El ánodo proporciona losiones de cobre que se incorporan a la solución. El

proceso de cobre ácido se realiza a una temperatura entre 20 y 30 ° C. Los electrólitos

cúpricos de ácido sulfúrico contienen generalmente altas concentraciones de sustancias

orgánicas auxiliares, pues requieren un mayor control de los parámetros de operación

del baño a fin de obtener ciertas características como dureza, nivelación y brillo.Los

baños alcalinos de cobre cianurado operan a una temperatura elevada, de 40-60 °C, y

contienen el cobre en forma de complejos cianurados. Este tipo de baños generalmente

contienen cianuro de cobre, hidróxido de sodio y aditivos de brillo. Normalmente, los

baños no se cambian, sólo se filtran periódicamente ya sea con filtro de materiales

textiles o usando carbón activado para retirar los aditivos o impurezas orgánicas que se

han degradado. Por el peligro que representa a la salud humana y al ambiente, al usar

baños cianurados, deben respetarse normas especiales referentes a la salud ocupacional

y seguridad en el trabajo, y la protección al ambiente, tanto durante el cobrizado como

en el manejo y el tratamiento de los residuos y las aguas residuales. Los residuos

generados en el cobrizazo son: residuos de filtración, concentrados provenientes del

cambio de baño o del mantenimiento de los tanques (lodos) y enjuagues contaminados

por los arrastres de los baños durante el transporte de las piezas de un tanque a otro. En

la siguiente tabla se menciona las concentraciones que debe de tener un baño para

cobre acido y cobre alcalino.

38

Page 39: Electrode Posicion

a) Recomendaciones de adición para baños de cobre : Las reacciones involucradas

en este tipo de recubrimiento para el cobre acido son básicamente de oxido-

reducción y se muestran a continuación, pero primero elsulfato de cobre se disocia

en el baño:

CuSO4 Cu2+ + SO42- log K=-2.31

En la siguiente figura se muestran los tipos de complejos que se pueden formar en

los baños de Cobre acido, además se observa que la concentración de iones Cu 2+ va

disminuyendo conforme aumenta el pH; es por ello que este tipo de baños se opera a

pH de 4.5 en donde la concentración de iones Cu2+ es casi constante. Los otros tipos

de complejos formados, que se pueden afectar en cierta medida el recubrimiento, se

hacen reaccionar en algunos casos con los compuesto que constituyen los aditivos

para lograr de esta forma darle brillo y uniformidad al recubrimiento.

Baño acido Baño alcalino

Compuesto Composición Compuesto Composición

CuSO4 250 g/l CuCN 60 g/l

H2SO4 100 g/l NaOH 20 g/l

Cl- Menor a 1g/l Aditivos 10 g/l

Aditivos 6 g/l

Complejos formados a pH menor de 4.5La oxidación de Cu0 a Cu2+ en el ánodo

Cu0 Cu2+ 2e E0=-0.153V

Posteriormente los iones Cu2 se desplazan en la solución para finalmente llegar al

cátodo donde se reducen en la superficie catódica en Cu° metálico.

Cu2+ + 2e Cu0 E0=0.153V

Este proceso se lleva a cabo a un pH de 4.5 y con una corriente de 1-8 Amp/ dm2

39

Page 40: Electrode Posicion

Otro aspecto importante a considerar es que los aditivos para cobre, que

generalmente pueden estar constituidos de polietilenglicol (PEG), acido

mercaptopropano sulfonico (MPS) y disulfopropil disulfuro (SPS), pueden facilitar

el recubrimiento de cobre debido a que pueden interaccionar con los iones de Cu 2+

para agilizar su reducción a Cu°. Además, los aditivos reaccionan con

algunoscomplejos que aunque se encuentran en proporciones pequeñas pueden

afectar engran medida el recubrimiento.

1.5.2 PROCESO DE CROMADO

En la práctica corriente de los acabados metálicos, el cromo se aplica generalmente en

forma de depósito sumamente delgado (aproximadamente de 0,000025 a 0,00005 cm. de

espesor) para comunicar resistencia al deslustre a un depósito electrolítico subyacente

(generalmente de níquel), que sirve de principal protección al metal de base al que se

aplica.

Prácticamente, todo el cromado actual se efectúa, mediante una solución de ácido crómico

que contiene una pequeña pero bien determinada proporción de sulfato, ácido sulfúrico

generalmente, al que se añade a veces cierta cantidad de sulfato sódico. Las

concentraciones absolutas de ácido crómico y sulfato en el baño, son de importancia

secundaria con relación al factor principal, que es la relación de ácido crómico a sulfato.

Esta relación es mejor mantenerla alrededor de 100:1, y dentro de los límites de 200:1 y

50:1, relaciones de concentraciones límites entre las cuales se efectúa el depósito.

La solución electrolítica: El ácido crómico es un ácido fuerte y se suministra para

dedicarlo al cromado, en forma de escamas rojo oscuras; debe estar absolutamente

libre de un exceso de ácido sulfúrico o sulfato a causa del peligroso efecto de la

concentración de estos catalizadores ácidos sobre la manera de trabajar de la

solución.

Reacciones anódicas y catódicas: En el curso de la electrólisis, parte del contenido

de cromo hexavalente de la solución es reducido en el cátodo a la forma trivalente;

aunque en el ánodo tiene lugar cierto grado de oxidación, éste no es de ningún modo

40

Page 41: Electrode Posicion

completo, por lo que durante el funcionamiento normal se acumulan en la solución

compuestos de cromo trivalente, esto es, sulfato de cromo, Cr2(S04)3, y dicromato

crómico, Cr2(Cr2Oi)3. Aunque parte se pierde por "arrastre", no debe permitirse

que su concentración llegue a ser excesiva, puesto que los compuestos de cromo

trivalente tienen el efecto de estrechar los límites de las condiciones de trabajo de la

solución de cromado brillante y de disminuir su conductibilidad. Por otra parte, una

moderada concentración de cromo trivalente parece incrementar algo el poder de

penetración de la solución.

Si fuese necesario reducir el contenido en sulfato, esto se efectúa mejor por adición

de hidróxido bárico, Ba(OH)2 . 8 H20.

Temperatura: Debido a la extrema dureza de los depósitos de cromo y de la natural

dificultad de pulirlos, es mejor, si es posible, producir los recubrimientos brillantes

directamente a partir de la solución. En general los límites de las condiciones del

recubrimiento brillante son función de la temperatura y de la densidad de corriente;

se necesitan temperaturas más altas cuanto mayores son las densidades de corriente.

Los depósitos brillantes no pueden obtenerse fácilmente a temperaturas por debajo

de unos 27 ° Coadensidades de corriente menores de 4,3 amperios por dm2.

Rendimiento y densidad de corriente: La eficacia catódica o rendimiento de una

solución de cromado, aun bajo las mejores condiciones, es muy baja. Es más alta

cuando el baño trabaja en frío, y pueden obtenerse entonces rendimientos del 35 al

40 %. No obstante, los depósitos obtenidos en estas condiciones son de aspecto

garrapiñado y duros. Dentro de los límites del recubrimiento brillante, esto es, a

temperaturas de unos 38 a 43° C, el rendimiento es mucho más bajo y no excede

usualmente del 10 al 15 %.

En la práctica, se utilizan más comúnmente densidades de corriente de 11 a 21

amperios por dm2; los voltajes que se necesitan usualmente son de 5 a 8 voltios con

las soluciones de baja densidad, ó 4 a 6 voltios con las soluciones más conductoras

de mayor densidad.

41

Page 42: Electrode Posicion

Poder de penetración: El poder de penetración de las soluciones de cromado es

muy bajo, y en algunos casos pueden ser necesarios ánodos auxiliares en forma de

tiras de plomo o alambres para facilitar el recubrimiento de las superficies

recónditas. A causa del bajo rendimiento catódico de la solución, se desprenden

grandes cantidades de gas, y si los objetos que se tratan contienen agujeros, la

corriente de burbujas de gas liberado puede impedir en gran manera la formación

del depósito sobre la superficie próxima a ellas. Por esta razón, es mejor tapar estos

agujeros durante el cromado.

Además, desgraciadamente, el poder de penetración es reducido por las elevadas

temperaturas necesarias para el recubrimiento brillante; las soluciones frías que dan

depósitos mates tienen mejor poder de penetración. Para una temperatura

determinada, se consigue un aumento del poder de penetración elevando la densidad

de corriente, y por esto es conveniente trabajar a las mayores densidades de

corriente posibles dentro de los límites de cromado brillante si se trata de obtener

una mejor "penetración". Se ha comprobado también que las soluciones de baja

densidad tienen mejor poder de penetración que las de mayor densidad, y que una

elevada proporción de sulfato tiende a aumentar el poder de penetración.

Defectos en el cromado: Entre los defectos más corrientes en el cromado están los

que consisten en:

a) Depósitos estriados: Éstos se ponen de manifiesto en forma de rayas blancas o

lechosas sobre la superficie recubierta y generalmente son el resultado de efectuar el

recubrimiento a densidades de corriente demasiado bajas.

b) Depósitos mates: Para eliminar este defecto debe aumentarse la temperatura del

baño.

c) Depósitos delgados o descoloridos: Pueden ser debidos a una excesiva

temperatura del baño que disminuye la velocidad de formación del depósito. La

proporción del sulfato puede ser también causa de decoloración; una relación baja

da un depósito amarillento.

42

Page 43: Electrode Posicion

d) Depósitos quemados: Los depósitos quemados son el resultado de una densidad

de corriente excesiva, y pueden corregirse reduciendo ésta o mediante el uso de

pantallas en los bordes o aristas.

e) Superficies no recubiertas: Éstas son generalmente el resultado del

desprendimiento de gas que evita la formación del depósito en ciertas zonas. Este

defecto puede corregirse prestando cuidadosa atención a la forma de colocar los

objetos en los bastidores con relación a los agujeros y cavidades de los mismos.

Tratamiento previo antes del cromado: Por su naturaleza fuertemente oxidante, la

solución de ácido crómico es capaz de efectuar recubrimientos de superficies

metálicas ligeramente engrasadas y no tan escrupulosamente libres de materias

extrañas como se requiere al efectuar el recubrimiento con soluciones de otros

metales. La considerable cantidad de gas que se libera durante la operación sirve

también para eliminar cualquier ligera película que pudiera quedar. En general, los

depósitos de níquel pueden ser cromados directamente después de pulimentarlos,

sin ningún tratamiento previo de limpieza, con tal que no transcurra un tiempo

excesivo entre el acabado y el recubrimiento electrolítico.

La limpieza electrolítica, seguida de una inmersión en ácido sulfúrico diluido antes

del cromado, no es muy utilizada, pero puede ser práctica en ciertos casos excepto

para aplicarla a la producción en gran escala. Tal sistema de limpieza puede hacer

mucho para reducir al mínimo el perjuicio ocasionado por los defectos de cromado

debidos a la contaminación de la superficie por grasa o por la composición de pulir,

o consecuentes a la ligera oxidación de la superficie.

Si se utiliza este sistema, son necesarios dispositivos muy eficientes para el

enjuague, a causa de la extrema sensibilidad de la solución al radical sulfato; en

aquellos casos en que los objetos a recubrir están construidos de tal manera que

resulta difícil, por no decir imposible, la eliminación de las trazas de ácido, es mejor

evitar los procedimientos de limpieza húmeda de este tipo. En realidad, el problema

de la eliminación del ácido suele ser uno de los más difíciles de resolver, incluso

con un buen lavado.

43

Page 44: Electrode Posicion

Enjuague: Después del cromado, es corriente dar dos lavados fríos, seguidos de

otro en una cuba de neutralización alcalina que contiene una solución diluida de

carbonato sódico, y, finalmente, después de un ulterior lavado en una cuba de agua

caliente, se procede al secado.

Espesor del depósito: Los depósitos de cromo están sometidos a fuertes tensiones, y

a medida que aumenta el espesor, tienden a desarrollarse finas grietas que

disminuyen el valor protector del recubrimiento. Con espesores considerables, sin

embargo, estas grietas se recubren, y aunque a su vez se forman nuevas grietas,

éstas no se extienden después hasta el metal de base.

Una ulterior cuestión en relación con el cromado es que la naturaleza del depósito

fuertemente sometido a tensiones impone una prueba severa sobre la adherencia del

níquel subyacente. La adherencia de los depósitos que han de ir debajo del cromo

debe de ser de un orden muy elevado, o de lo contrario el depósito se levantará

durante el cromado.

Propiedades del cromo depositado electrolíticamente: El cromo así depositado es

un metal blanco azulado que tiene elevada resistencia al deslustre o empañamiento.

Como era de esperar, su poder reflector en la región azul del espectro es bueno;

sobre todo el espectro visible, el poder reflector muestra ser de un 65 %. Los

depósitos de cromo brillante tienen una dureza que oscila entre 400 y 1.200

unidades Brinell según las condiciones en que se ha efectuado el depósito. La

dureza de todos los tipos de cromo depositado electrolíticamente es mucho mayor

que la del metal fundido.

Contenido de cromo trivalente: Si el contenido de trivalencias en la solución

alcanza los 12 gr/L, los depósitos serán de una muy mala calidad, incluyendo

"quemado" y rugosidad con altas densidades de corriente de trabajo.. En un baño de

cromo se forma la temida "trivalencia", que es la transformación del cromo

hexavalente del ácido crómico transformado en cromo trivalente. Este proceso, en

mayor o menor grado es algo inevitable; es natural consecuencia de que la pieza

44

Page 45: Electrode Posicion

actúa como cátodo durante el proceso de deposición. La mayor o menor rapidez de

la reducción depende de la relación ánodo-cátodo. Cuanto mayor sea la cantidad de

ánodos existentes en el baño, más • lento es el proceso de reducción.

La ventaja de que los ánodos mantengan el contenido de cromo trivalente

controlado, en el orden de 3 gr/L, será más efectiva si la relación ánodo-cátodo es

1:1 ó 1,5:1 (en cromo duro hasta 2:1), además, manteniendo la superficie de los

mismos limpia y activa. Si la relación baja de 1:1, la formación de cromo trivalente

se incrementa desmesuradamente.

Con todas estas precauciones, así y todo, no se puede evitar el proceso de deterioro.

La solución aparenta tener exceso de ácido sulfúrico en el baño. Periódicamente,

hay que adicionarle carbonato de bario, para que desaparezcan los efectos nocivos

provocados por este desequilibrio.

El gasto de ácido crómico, manteniendo el baño equilibrado, se reduce hasta la

décima parte de lo habitual, ya que no se desperdicia cromo trivalente, sino que se

reconvierte.

El ciclo de trabajo para obtener piezas con depósitos de cromo, ya sea decorativo o

de espesor (duro), comienza con una preparación mecánica de la pieza (esmerilado,

pulido y abrillantado); seguido por un proceso de desengrase preliminar con

tricloroetileno, percloroetileno o tetracloruro de carbono. Se realiza luego, un

proceso electrolítico de desengrase, un enjuague en agua corriente y un ataque

anódico previo al cromado.

Luego del cromado, se lava en agua corriente, se enjuaga con agua caliente y se

seca.

Baños autorregulables: Baños más modernos utilizan una combinación de

componentes, de iones sulfato, fluoruro y silicofluoruro. Estos tipos de baños,

poseen la cualidad de autorregularse, ya que los iones mencionados funcionan como

agentes catalíticos dentro de la solución.

45

Page 46: Electrode Posicion

La autorregulación se obtiene adicionando las sustancias catalizadores como una sal

soluble de los iones deseados, donde la constante de solubilidad mantiene el control

de la concentración. Esto se puede lograr mediante la utilización de iones sulfato,

fluoruro o con una sal compleja de ambos. Para los baños no regulables, el control

de la solución debe hacerse mediante análisis químicos periódicos.

Es importante hacer notar que se obtienen depósitos mejores y de mayor cobertura a

bajas temperaturas, pero en esas condiciones, se deberá trabajar con menor densidad

de corriente para prevenir el "quemado". La velocidad de depósito es

proporcionalmente más lenta, debiendo estar el objeto a cromar mayor tiempo en

proceso dentro del baño, para la obtención de un espesor equivalente.

Diferentes tipos de baños (decorativos y duros): Una formulación típica para el

cromado decorativo a temperatura ambiente es la de J. Hyner, la cual puede ser

aplicada sobre diferentes metales de base. Este baño consta fundamentalmente de

anhídrido crómico, fluorosilico de sodio y sulfato de sodio. El tiempo de

electrodeposición es de 6 a 10 minutos. Para el cromado decorativo, es suficiente

aplicar un espesor de 0,25 µm.

a) Baños de cromo microfisurado: En los baños de cromo, con el tiempo, se comprobó

que resultaba más efectivo obtener una capa porosa o fisurada ("microcracked") de

cromo, para que el proceso de corrosión fuera controlado. Partiendo de este

concepto, se formularon diversos electrolitos a tal fin.

La norma ASTM B-456-67, exige 40 µm de níquel si se deposita cromo común

sobre él, o 30 µm, si se deposita cromo microfisurado. Queda a la vista el mayor

poder protector que esta combinación le otorga al material de base.

Los fundamentos teóricos que explican este comportamiento, se basan en los

potenciales electroquímicos del cromo y del níquel. Al existir alguna fisura o poro,

la corrosión tiende a disolver el níquel, que actúa como ánodo, frente al cromo, que

actúa como cátodo. Al generarse esto en un punto determinado de la película

depositada, la disolución es muy veloz, dejando rápidamente al desnudo al metal

46

Page 47: Electrode Posicion

base. Esto ocurre porque la densidad de corriente galvánica que generan los dos

metales es muy alta, por ser pequeña la superficie de corrosión.

Si se aplica el mismo razonamiento a una superficie porosa, se generarán mas

puntos de corrosión, pero disminuyendo la densidad de corriente galvánica, ya que

la superficie que interviene es un gran porcentaje de la pieza. De esta forma, la

velocidad de disolución del níquel por efecto de la corrosión es mucho menor.

Existen varias formas de conseguir una película de cromo microfisurado, pero la de

uso más común en la actualidad, es la de depositar un baño de níquel semibrillante

de base, dar luego un "flash" de níquel con muy alto "stress" superficial, y luego el

cromo. Al quedar los tres metales depositados, se generará una gran tensión interna

entre la segunda capa (baño de níquel) y la tercera (baño de cromo).

Existen varias formas de obtener un depósito poroso de cromo :

1) Preparar previamente la superficie, otorgándole una rugosidad al material de base

mediante la proyección a presión de material abrasivo con forma piramidal..

2) Realizar un proceso de electroerosión antes y después del depósito de cromo.

3) A través de procesos químicos o electroquímicos, después de realizar la

electrodeposición.

4) Realizando una combinación de los procesos detallados en los puntos 1 a 3.

El procedimiento más utilizado es el electroquímico.

b) Baños al Cromo Trivalente: Los baños de cromo basados en formulaciones de

cromo trivalente, son más antiguos aún que los baños convencionales actuales de

cromo hexavalente. El proceso en sí resulta atractivo, ya que la corriente necesaria

para electrodepositar cromo trivalente es la mitad de la necesaria para su par

hexavalente. Además, el baño de trivalentes puede llegar a tener mucha mejor

47

Page 48: Electrode Posicion

eficiencia de corriente. Por otra parte, este baño desde el punto de vista químico, no

difiere de uno de níquel o de cobre, por ende, resulta fácil de entender y operar.

c) Baños de Cromado Negro: Este tipo de electrolito, ha sido muy requerido en los

últimos 25 años debido a su aplicación y utilidad en superficies de absorción de

energía, específicamente en paneles solares. Debido a su gran resistencia a la

temperatura y a su duración, el cromo negro se ve favorecido frente a otras

terminaciones.

El cromo negro, con su uso en energía solar, posee una gran absorción α (alfa), y

una baja emisividad ε (ιpsilon), lo que significa que recepciona todas las ondas con

un reenvío mínimo.

Además de su uso en energía solar, este baño se usa con fines decorativos o en

accesorios que necesiten poca reflexión, principalmente para uso en óptica.

Básicamente, un baño de cromo negro, es un baño que no tolera el ion sulfato. Las

características generales son similares a las de un baño de cromo convencional.

Deshidrogenado: Su función es la de eliminar el hidrógeno incorporado a la pieza,

aunque sea parcialmente, durante la electrodeposición, el cual fragiliza la capa de

cromo. La mayor o menor cantidad de hidrógeno absorbido, dependerá

principalmente de las características de acabado superficial que posea el metal de

base. Como regla general, deben ser siempre deshidrogenados los aceros que deben

soportar una tracción mayor a 100 Kg/mm2.

El deshidrogenado se realiza a un rango de temperaturas de 100 a 300 °C. Por lo

general se decide realizarla a 180 °C, ya que a esta temperatura, se produce una

liberación parcial del hidrógeno sin alteraciones notables sobre el cromo.

La forma de realizar el deshidrogenado es sumergiendo las piezas en un baño de

aceite, que luego lentamente será calentado desde 80 °C durante 10 a 30 minutos.

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Page 49: Electrode Posicion

1.5.3 PROCESO DE DORADO

El dorado por electrólisis: la técnica de la electrólisis permite gracias a la corriente eléctrica

depositar el oro sobre un objeto metálico a partir de una solución de agua, sales de oro y

distintos productos químicos destinados a garantizar la conductibilidad eléctrica y el brillo

del depósito.

Procedimiento del dorado

Au + ne- Au

La unión de n electrones en el cátodo y pasa al estado metálico. Es decir se ha depositado

electrolíticamente. Los conjuntos de productos descompuestos por la corriente eléctrica en

los electrodos son proporcionales a la intensidad de corriente y las cantidades combinadas

recíprocamente entre el ánodo y cátodo son estequiométricamente equivalentes.

 

Procedimiento

1. Cuando la total de piezas que se tenga que recubrir o platear sea importante, los más

útil, efectivo y sensato es disponer de una establecimiento lo más perfecta y

moderna posible suministrada por alguna casa especializada y lo mismo decimos

para toda clase de paños galvanostégicos, especialmente para los de cincado,

niquelado y cromado. Es necesario dar a las partículas un tratamiento previo de:

desengrase químico, electrolítico y un activado previo si las piezas están niqueladas.

2. Lavado de oro: cianuro de potasio, fosfato de Na, cloruro de oro, carbonato

depotasio. Control del proceso: temperatura, pH, densidad corriente, concentración,

impurezas orgánicas o metálicas.

3. Preparación cloruro de oro se realiza disolviendo oro en una solución compuestapor

partes iguales, de ácido nítrico y miriático. Disolviéndose 20 gr. de oro en un litro

de la mezcla de dichos ácidos.

Solución para el baño de dorado

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Page 50: Electrode Posicion

Los componentes esenciales de un baño electrolítico de oro son aurocianuro de potasio,

KAu(CN)2y cianuro libre, KCN. Debido especialmente al elevado costo del oro, de

ordinario se emplean soluciones de oro relativamente débiles a fin de reducir la

inversión y la pérdida por arrastre. En general, el agua del primer enjuague de artículos

galvanizados en oro se guarda y se usa para completar los baños o es evaporada para

recobrar el oro. La concentración del oro es de ordinario entre 1 a 5 g/lt siendo el

cianuro libre relativamente alto, por ejemplo, 3 a 5 g/lt de KCN. Puede agregarse

carbonato o fosfato para aumentar la conductividad y para servir como bruñidores de

pH. El oro puede ser introducido como cianuro, AuCN, o como cianuro doble

KAu(CN)2 o NaAu(CN)2, el que algunas veces contiene algún cianuro libre. Hace

muchos años se   acostumbraba disolver un precipitado de oro “fulmínico”, el que se

producía agregando hidróxido de amonio a una solución de cloruro de oro. El

compuesto de oro, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno que resulta es muy explosivo y debe

conservarse húmedo. Ahora se usa muy poco. Los baños electrolíticos de oro se

calientan ordinariamente, por ejemplo, a cerca de 70°C,usándose densidades de

corriente de 0.1 a 0.5 amp/dm2(1 a 5 amp/pie2). En general, la densidad de corriente

permisible depende de la concentración de oro. Con un contenido de oro más elevado,

como de 8.2 g/lt, se pueden usar densidades de corriente de 10amp/pie2 con una

eficiencia de cátodo del 100%.Para galvanizar oro directamente sobre acero se han

sugerido adiciones de formato obenzoato. Usando un toque de oro, bajo en oro y alto en

cianuro, seguido por un baño de oro más concentrado, se pueden aplicar depósitos

adherentes directamente al acero. Los ánodos son ordinariamente de oro puro, a menos

que se deseen depósitos de color, en cuyo caso se emplean aleaciones de oro adecuadas.

Debido a que el oro tiende a disolverse con una eficiencia mayor en el ánodo que en el

cátodo, puede aumentar el contenido de oro en los baños. Para evitar esto, puede

reemplazarse parte de los ánodos de oro con ánodos de acero o de carbono. En algunos

casos conviene emplear ánodos completamente insolubles, por ejemplo, de acero o

carbono, compensando el contenido de oro con una cantidad de cianuro doble de oro. Si

no hay en el baño cloruro o álcali libre, pueden usarse ánodos insolubles de cromo-

hierro. En principio este método aumentará el contenido de cianuro libre, pero en la

práctica es probable que se compense por la conversión de cianuro a carbonato.

50

Page 51: Electrode Posicion

Ocasionalmente se usan baños de cloruro de oro para producir depósitos gruesos, los

que sin embargo producen un grano más áspero que los baños de cianuro. Tal solución

puede contener de 16 a 32 g/lt de oro, introducido como cloruro de oro o “ácido

cloroáurico” AuCl3HCl4H2O, el que cuando, puro, contiene 48% de oro junto con cerca

de 5% de ácido clorhídrico. Como en este baño el oro está en estado trivalente, Au3+,

sólo una tercera parte de oro se deposita por ampere-minuto de la que se depositaría en

un baño de cianuro con una eficiencia de 100%.

Reacciones

1. Reacción global:

2Au0 + 4NaCN +O2 +2H2O 2Na(Au(CN)2) + H2O2+ 2NaOH

2. Oxidación del ánodo:

2Au0 2Au+ +2e-

2Au+ + 2H2O 2Au(OH) +2H-

2Au(OH) + 4NaCN 2Na(Au(CN)2) + 2NaOH

3. Reducción del cátodo:

O2 + 2H2O + 2e- H2O2+ 2OH-

1.5.4 PROCESO DE PLATEADO ELECTROLÍTICO

El plateado electrolítico es un proceso que consiste en la deposición por vía electrolítica del

metal plata sobre una superficie previamente acondicionada que puede ser  acero, cobre,

latón y zamak. Con un espesor variable según las necesidades, tiene como objetivo mejorar

las propiedades técnicas o decorativas del material base.

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Page 52: Electrode Posicion

El proceso de plateado aplicado tanto en las instalaciones de bombo como en la de bastidor,

consiste en un electrolito de tipo alcalino que permite obtener recubrimientos de plata de

brillo espectacular a cualquier espesor. Los depósitos de plata obtenidos con este proceso

son de gran pureza, y presentan una elevada dureza combinada con una excelente

ductilidad.

La elevada pureza de la plata depositada hace apto este proceso para piezas enfocadas a

todo tipo de aplicaciones, desde contactos eléctricos que requieren elevada conductividad y

resistencia a la temperatura, hasta objetos decorativos.

Proceso de plateado en baño electrolítico de piezas de material cerámico y vitroceramico.

Consiste en limpiar sobre la pieza el motivo a platear con pinturas conductoras, uniendo

dicha parte pintada al ánodo de la cuba electrolítica. El baño de la cuba es a base de de

cianuro con un contenido entre 15 y 25 gramos de plata por litro, al que se añade una

cantidad de cianuro doble de plata y potasio, equivalente a los gramos de plata de un libro

de baño, y un exceso de de cianuro potásico equivalente a 0, 6 0 0, 9 del cianuro potásico

contenido en el cianuro doble. El cianuro evita el ataque o disolución de la pintura

conductora, y su defecto o exceso se conoce por una coloración marrón o blanca de los

ánodos. Las pérdidas de cianuro se producen continuamente por absorción por el carbónico

de la atmosfera, y se debe evitar cualquier agitación del baño que la fomentara; para

compensarlo se añade 0,5 a 1 gramo por litro de solución acuosa, de amoniaco puro. Para

obtener depósitos lisos e importante la limpieza del baño; hay que evitar jabón, agua natural

y otros productos comerciales que envenenen el baño; también es muy importante la

densidad de corriente.

Electrolitos cianurados de plata.

Composición: Los electrolitos cianurados de plata están constituidos   por una sal de

plata, cianuro de plata, o cianuro doble de plata y potasio, por cianuro potasico o de

sodio, por carbonatos. De potasio o de sodio y agentes de adición.

Funcion de cada constituyente cianuro de plata.

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Page 53: Electrode Posicion

La plata es introducida bajo la forma de cianuro de plata   AgCN, o de cianuro doble de

plata y potasio KAg(CN) 2. El contenido en plata de los baños mates varía entre 25 y 33

g/l. mientras que por los baños brillantes el contenido es siempre superior a 35 g/l.

Cianuros alcalinos.

Los cianuros de sodio o de potasio son convenientes para la constitución de los baños

de plata. El cianuro de potasio, de un costo más elevado que el de sodio, asegura una

mejor conductibilidad y permite la utilización de una mayor densidad de corriente;

igualmente el contenido de carbonato puede llegar a 100g/l. sin efecto nocivo mientras

que si se utilizan cianuro de sodio el contenido limite de carbono es de 50g/l.

Siendo el cianuro de plata insoluble, la adición de cianuro de potasio permite obtener la

formación del complejo soluble de cianuro de plata y potasio.

AgCN   +   KCN   =   KAg(CN)2

Según esta reacción se necesitan 0.4 gramos de cianuro potásico para 1 gramo de

cianuro de plata. La disolución del cianuro de KAg(CN)2 conduce a la formación de

AgK(CN)2=Ag(CN)-2 + K* que se disocia muy débilmente a su alrededor para dar el

equilibrio siguiente.

Ag(CN)2-   =   Ag+   +   2CN-

El complejo Ag(CN)2 constituye la reserva de los iones Ag+.

Con relación a a la reacción procedente, el excedente estequiometrica   de cianuro de

potasio forma el cianuro libre. El aumento de cianuro libre   produce un retroceso en la

ionización del anion Ag(CN)-2 y el potencial se vuelve electronegativo en presencia de

una cantidad creciente de cianuro libre lo que permite la preparación de las piezas a

platear.

Carbonato potásico

Añadido en pequeñas dosis aumenta la conductibilidad del baño y el poder cubriente,

pero en cuanto el contenido esta en el límite crítico se aumenta   la polarización anódica

53

Page 54: Electrode Posicion

lo que necesita un contenido mayor de cianuro libre. El carbonato puede ser eliminado

por tratamiento con cianuro de bario:

Ba(CN)2   +   K2CO3 +2KCN

Hace falta 1.6 gramos de cianuro de bario por cada 1 gramo de carbonato potásico.

El carbonato puede ser eliminado de forma económica mediante hidróxido de cal:

Ca(OH)2 + K2CO3   =   CaCO3 + 2KOH

0.35gramo de hidróxido cálcico son necesarios para precipitar 1 gramo de carbonato

potásico con la formación de 0.81 gramos de potasa cáustica.

Agentes de adición

A partir de 1847 los depósitos de brillantes eran obtenidos por la adición de sulfuro de

carbono.   Pan en 1931 aconsejaba el empleo de: 10ml/l de amoniaco, 1gr/l de

hiposulfito sódico o simplemente de hiposulfito amónico; este baño funcionaba bajo

una fuerte agitación.

Los abrillantadores modernos permiten obtener un alto nivel de brillo, siendo casi la

mayoría productos conteniendo sulfuros y en donde pueden distinguirse cinco clases

principales:

- Sulfuro de carbono

- Derivados de sulfuro de carbono, tales como: productos de condensación de

acetonas, aldehídos o cadenas orgánicas con doble o triple enlace   con el sulfuro de

carbono

- Enlace sulfuroso mineral; ejemplo, tiosulfato.

- Sales de selenio y telurio empleadas con el azufre.

54

Page 55: Electrode Posicion

Los baños brillantes no solo permiten una economía de mano de obra y de metal, por la

supresión del pulido final, sino que también lo consiguen por un aumento de

producción. Los agentes de adición permiten la posibilidad de utilizar densidades de

corriente hasta de 2 Amp/dm2.

Para un pleno rendimiento de los brillantes la experiencia ha probado que el contenido

en cianuro libre debe ser más elevado que en los baños mates. Los brillantes metálicos

no son aconsejables para depósitos destinados a electrónica u eléctrica, ya que dichos

depósitos pierden considerablemente la conductibilidad.

Influencia de los constituyentes

El aumento de la concentración de plata eleva la conductividad del baño y de la

polarización anódica, produciendo a su vez una disminución de la polaridad catódica y,

en consecuencia, una pérdida de penetración. Estos efectos pueden ser corregidos e

incluso anulados aumentando el contenido en cianuro libre. El aumento del contenido

en cianuro libre aumenta la conductibilidad y disminuye la polarización catódica se

eleva, la penetración aumenta y se obtiene depósitos de grano fino, pero la elevación de

esta polarización limita la densidad de corriente admisible.

Influencia de los parámetros químicos

Temperatura: El aumento de la temperatura permite utilizar densidades de corriente

más elevadas, pero la polarización catódica decrece perdiéndose poder de penetración.

La temperatura de los baños de plata baria entre 20 y 30grados centígrados. No se

recomienda utilizar temperaturas inferiores a 15 grados ya que la resistividad del

electrolito aumenta y por debajo de 10 grados centígrados los depósitos son esponjosos

y sin adherencia alguna.

Con el fin de poder mantener densidades de corriente elevadas, es necesaria una

regulación de la temperatura.

55

Page 56: Electrode Posicion

Agitación: Los fenómenos electrolíticos producen una desigualdad de concentración, de

una forma que la solución se enriquece en plata y empobrece en cianuro dentro de las

capas inferiores, mientras que las capas superiores son pobres e plata y ricas en cianuro.

La agitación permite uniformar las concentraciones, evitar la estratificación del

electrolito y la posibilidad de utilizar altas densidades de corriente.

La agitación no debe ser turbulenta, ya que podría provocar sobre el depósito estrías,

picados o velos. Es imperativo utilizar conjuntamente con la agitación, una buena

filtración para eliminar impurezas en suspensión y evitar así oclusiones y, sobretodo,

rugosidades.

Densidad de corriente: El aumento de densidad de corriente produce una elevación de

las polarizaciones anódica y catódica y, por consiguiente, del poder de penetración.

La densidad de corriente aplicada a los baños mates varía entre 0.3 y0.5 Amp/dm 2,

mientras que en los baños brillantes se eleva a 3 Amp/dm2.

La densidad de corriente anódica debe ser manteniendo entre 0.5 y 1 Amp/dm2.m para

los baños mates; esta condición se cumple con una   relación anódica de 1:1. Para los

baños brillantes la superficie anódica debe ser de 2 s 3 veces la catódica. Una densidad

de corriente anódica demasiada elevada, superior a 12,2Amp/dm2, produce la

pasivacion del ánodo que se manifiesta por un desarreglo del electrolito. Estos son sus

efectos:

- empobrecimiento en iones Ag+

- mala repartición del deposito

- consumo elevado de abrillamiento

- formación de dicianógeno, que puede producir diversas reacciones dentro del

electrolito.

Es necesario, pues, verificar con frecuencia la superficie anódica con el fin de poder

mantenerla dentro de los límites de la densidad de corriente admisible.

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Page 57: Electrode Posicion

Es esencial la utilización de ánodos de una gran pureza y de estructura fina y regular.

Los ánodos deberán estar provistos en bolsas de nylon, rhovyl o perlon.

1.5.5 PROCESO DE ESTAÑADO

El proceso consiste, básicamente en la deposicíon de una fina capa de estaño de 0.00038

mm. a 0.000155 mm. de espesor ; sobre la superficie de una cinta de acero que ha sido

sometida a una rigurosa limpieza previa .

Las unidades de estañado electrlitíco, entrega por ej. hojalata de alta calidad que se emplea

en la elaboración de envases diversos y otros usos.

Estañado electrolítico

Las etapas del estañado electrolítico son:

- Entrada: la bobina es tomada desde el patio de bobinas y su punta es soldada a la

cola de la bobina en proceso. La torre de compensación de entrada acumulada la

máxima cantidad de material antes de iniciar la soldadura, para que el

suministro del material para que el recubrimiento se realice de forma continúa.

- Pre proceso: la banda pasa a la sección de limpieza donde es despojada de la

suciedad superficial que pueda haber adquirido en las etapas y almacenamiento

previos. Luego ingresa a la sección de decapado, en donde se elimina el óxido y

se activa la superficie con la aplicación de una solución de acido sulfúrico.

- Proceso: la banda, ya preparada superficialmente, pasa a la sección de

recubrimiento o proceso propiamente dicho, donde en 8 tanques de estañado que

contienen un baño de patente ferrostan, es recubierta con estaño. Cuando sale

del octavo y último tanque, entra a los tanques de enjuague, que contienen agua

de condensado acidificada, a fin de lavarla y recuperar restos del electrolito. la

banda es secada haciéndola pasar por unos rodillos exprimidores que escurren el

exceso de líquido sobre la superficie de la banda y luego por un conjunto

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Page 58: Electrode Posicion

soplador de chorros de aire caliente. Se marca la superficie de la banda con finas

líneas longitudinales de una solución de dicromato de sodio para indicar el peso

de la película de estaño. Por último ingresa en la sección de reflujo, donde el

estaño es fundido sobre la superficie de la banda.

- Post proceso: la hojalata pasa a la sección de tratamiento químico donde se le

hace una oxidación controlada llamada pasivado. El pasivado es el tratamiento

que se hace a la superficie de la hojalata con el fin de hacerla más resistente a la

corrosión ambiental y en general para estabilizar de adherencia de recubrimiento

orgánico. A continuación ingresa a la sección de enjuague de tratamiento

químico, que contienen agua desmineralizada caliente, a fin de lavarla y

recuperar restos del electrolito. La banda es secada como en la etapa de proceso.

Finalmente, la banda es recubierta con una fina capa de aceite   lubricante que

facilita su manejo posterior.

- Salida: se inspecciona la calidad superficial, dimensional y de forma a la banda.

Cuando la bobina se acerca a su final, la banda es a cumulada en la torre de

salida para bajar la velocidad, cortar la cola de bobina que finaliza y comenzar a

formar otra nueva bobina en el enrollado disponible.

 

1.5.6 PROCESO DE NIQUELADO

El niquelado es un recubrimiento metálico de níquel, realizado mediante baño electrolítico

o químico, que se da a los metales, para aumentar su r e s i s t enc i a a l a oxidación, la

corrosióno e l d e s g a s t e y m e j o r a r s u aspecto en elementos ornamentales.

Hay varios tipos de niquelado:

- Niquelado mate

- Niquelado brillante

- Niquelado químico

- Niquelado Mate

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Page 59: Electrode Posicion

El n ique l ado ma te s e r e a l i z a pa r a da r c apas g rue sa s de n íque l

sob re hierro, cobre, latón y otros metales ( el aluminio es un caso aparte) es

un baño muy concentrado que permite trabajar con corrientes de 8 – 20 amperios

po r dec íme t ro cuad rado , con e l cua l s e cons iguen g rue sa s capas de

níquel en tiempos razonables, los componentes que se utilizan en el niquelado

electrolítico son: Sulfato de níquel, cloruro de níquel, ácido bórico y

humectante. Al baño es conveniente añadir un agenteh u m e c t a n t e p a r a

f a c i l i t a r e l m o j a d o d e l a s s u p e r f i c i e s y e v i t a r l a formación

de burbujas.

T r e s l a m i n a s c o n n í q u e l d e p o s i t a d o e l e c t r o l í t i c a m e n t e . L a

p r i m e r a lamina es con níquel brillante durante 10 minutos, la segunda con baño

de níquel mate diluido, la tercera tiene un depósito de 1 mm de espesor c o n b a ñ o

d e n í q u e l m a t e s i n a g i t a c i ó n . O b s é r v e s e l o s c r á t e r e s q u e

aparecen debido a las burbujas que quedaron adheridas a la superficie.

Niquelado Brillante

El niquelado brillante se realiza con un baño de composición idéntica al

anterior al que se le añade un abrillantador que puede ser sacarina por

ejemplo. Para obtener la calidad espejo la placa base tiene que estar pulida

con esa calidad. La temperatura óptima de trabajo está entre 40 y50 ºC, pero se puede

trabajar bien a la temperatura ambiente. En los baños de niquelado electrolítico se

emplea un ánodo de níquel que se va disolviendo conforme se va depositando

níquel en el cátodo .Por esto la concentración de sales en el baño en teoría no debe

59

Page 60: Electrode Posicion

variar ye sos baños pueden e s t a r mucho t i empo en ac t i vo s i n

nece s idad de añadirles sales. Si en vez de emplear un ánodo de níquel se emplea un

ánodo que no se d i s u e l v a e n e l b a ñ o ( p l a t i n o ,

p l o m o . . . ) l a s s a l e s d e n í q u e l s e convertirán por efecto

de la electrólisis paulatinamente en sus ácidos libres, sulfúrico y clorhídrico,

con lo que se producirán dos fenómenos, una diminución del pH( aumento de

la acidez) y una disminución de la concentración de sales, esto llevara a la

progresiva perdida de eficiencia del baño. Por esto los baños con ánodo inactivo

no pueden aprovechar t o d o e l n í q u e l q u e l l e v a n e n

d i s o l u c i ó n y c u a n d o h a n c o n s u m i d o a p r o x i m a d a m e n t e e l

5 0 % d e l n í q u e l e n s a l e s d i s u e l t a s s e t o r n a n ineficientes y sus

depósitos no son buenos.

niquelados diluidos.

L o s b a ñ o s a n t e r i o r e s s o n b a ñ o s m u y c o n c e n t r a d o s

e m p l e a d o s industrialmente, la alta concentración de sales busca que el rendimiento

en energía eléctrica sea muy alto, que la velocidad de deposición sea muy alta

y que se puedan trabajar con altas intensidades de corriente p a r a q u e l a

p r o d u c c i ó n s e a m u y a l t a . A e s c a l a d o m e s t i c a o d e

laboratorio se pueden sin ningún problema diluir los baños añadiendo otro tanto

de agua desgonzada. Eso si vigilar el pH para que este entre 4 y 5. El rendimiento de

este baño es menor y burbujean más porque no toda la corriente eléctrica se

destina a la producción de níquel pero es suficientemente bueno. En todos los

baños anteriores se emplea un ánodo de níquel que se va disolviendo conforme se

va depositando níquel en el cátodo. Por esto la concentración de sales en el baño en teoría

no debe variar y esos baños pueden estar mucho tiempo en activo sin necesidad de

añadirles sales. Si en vez de emplear un ánodo de níquel se emplea un ánodo que no se

disuelva en el baño (platino, plomo...) las sales de níquel se convertirán p o r e f e c t o d e

l a e l e c t r ó l i s i s p a u l a t i n a m e n t e e n s u s á c i d o s l i b r e s , su l fú r i co y

c lo rh íd r i co , con l o que s e p roduc i r án dos f enómenos , una d i m i n u c i ó n

d e l p H ( a u m e n t o d e l a a c i d e z ) y u n a d i s m i n u c i ó n d e l a

concentración de sales, esto llevara a la progresiva perdida de eficiencia del baño. Po r

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Page 61: Electrode Posicion

e s to l o s baños con ánodo i nac t i vo no pueden ap rovecha r t odo e l

n í q u e l q u e l l e v a n e n d i s o l u c i ó n y c u a n d o

h a n c o n s u m i d o a p r o x i m a d a m e n t e e l 5 0 % d e l n í q u e l e n

s a l e s d i s u e l t a s s e t o r n a n ineficientes y sus depósitos no son buenos.

Por ello, y aunque se pueden emplear, se recomienda que siempre se emplee

ánodo de níquel. El empleo de baños con ánodo inactivo solo es r e comendab l e

cuando e l baño de n íque l s e emp lea pocas vece s o s e desaprovecha mucho

baño. Conviene de todas maneras y a pesar de su poca eficiencia emplear baños bastante

diluidos. Si se tiene dificultades en obtener níquel metálico para emplearlo como baño

s i empre s e puede acud i r a l de sguace de una ba t e r í a de n íque l cadmio o

de hidruro metálico como se indica en el apartado de reciclado de baterías de metal hidruro.

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Page 62: Electrode Posicion

CAPITULO II

RECUBRIMIENTO POR INMERSION EN CALIENTE.

2.1 INMERSIÓN EN CALIENTE

Este recubrimiento se aplica a piezas metálicas sumergiéndolas en un baño del metal de

recubrimiento fundido. Los metales que se emplean para este procesos son los que tienen

un bajo punto de fusión como son: zinc, estaño, plomo y aluminio, debido a que la

temperatura máxima alcanzada durante el proceso de recubrimiento no provoque cambios

térmicos en el metal base.

Un recubrimiento normal por inmersión en caliente consta de una capa de aleación interna

formada por difusión del metal de recubrimiento en el metal base y una capa externa por el

metal empleado como recubrimiento.

Las principales características del recubrimiento como adherencia, espesor, uniformidad y

continuidad son controladas por la temperatura, composición química del baño, tiempo de

inmersión, velocidad de extracción de la pieza.

2.2 PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

Preparación de la superficie es la etapa más 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

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Page 63: Electrode Posicion

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 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. 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 óptimo 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

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Page 64: Electrode Posicion

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.

2.3 PROCESO DE RECUBRIMIENTO DISCONTINUO

Es una operación en inmersión en caliente discontinua la secuencia de las etapas se realiza

en una serie de cubas y los objetos que se van a recubriri se transportan manualemnte o por

brazos automáticos durante toda la secuencia. La operación con el fundente se hace de

modo aislado o se pone una capa de flux lo bastante gruesa sobre la superficie del metal

fundido para que proporcione una adecuada preparación de los objetos y praa que

prevengan también el excesivo espumado del baño fundido.

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Page 65: Electrode Posicion

El primer baño opera con un flux muy activo y a una temperatura de 80-100°C por encima

del punto de fusión del recubrimiento. Este produce un recubrimiento inicial bastante bueno

y permite algo de disolución del metal base, subiendo el nivel de impurezas. El segundo

baño trabaja a 50°C aproximadamente por encima del punto de fusión, y se cubre con una

capa de grasoso aceite-aceite de palma, sebo o aceite mineral-, atreves de la cual se extrae

el objeto y se “escurre”, eliminando así el excesivo metal del recubrimiento y produciendo

un aspecto lustroso uniforme inmediatamente antes de la solidificación, en forma

alternativa se puede emplear un baño de temple en aceite, operando justamente por encima

del punto de fusión del recubrimiento y, una vez que se ha eliminado el exceso de metal del

articulo en un movimiento rotatorio, se le retira suavemente.

El control de temperatura es importante para asegurarse de que el recubrimiento no fluye o

se retrae al aire antes de solidificarse y que no ocurra un exceso de disolución del metal

base. Cuando se forman fases intermedias, y pueden desprenderse, ocurre la contaminación

del baño en forma de partículas suspendidas de estas fases intermedias, y pueden

desprenderse, ocurre la comunicación del baño en forma de partículas suspendidas de estas

fases.

El control del espesor del recubrimiento depende del espesor de la capa de grasa que

sobrenada en el baño de estaño, y el escurrido mecánico solo es posible en chapas u objetos

de superficies planas. Los márgenes de espesor de un recubrimiento normal son de 2,02-

0,07 mm y están limitados por la habilidad de eliminar uniformemente el exceso de metal y

la necesidad de reducir la porosidad a un nivel bajo aceptable.

Fig.8. Galvanización en caliente discontinuo de zinc fundido en piezas de acero o hierro.

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Page 66: Electrode Posicion

2.4 Proceso de recubrimiento continúo.

Los primeros pasos para recubrir continuamente se dieron en el estañado en caliente de los

alambres y chapas, pero las ventajas para la producción en serie de productos era tan

evidente que se ha adoptado para el tratamiento de fleje de acero en forma de bobina y

desarrollado para incluir en la línea el recocido. El cambio de recubrimiento electrolítico y

la pasivacion para las chapas no pasivadas de la inmersión en caliente ha mejorado la

calidad y ampliado los márgenes de espesor. Consideraciones económicas conducen a la

inclusión del recocido en la línea, porque, una vez que el proceso funciona continuamente,

es mejor incluir tantas operaciones individuales como sea posible, con tal que el número de

eslabones débiles que puedan producir interrupciones no se a muy elevado. El paso al

procedimiento electrolítico, en parte también es económico, porque se pueden poner

recubrimientos mucho más delgados sobre el metal base con un control adecuado y con un

comportamiento análogo en las mismas aplicaciones corrosivas.

Fig.9. Galvanizado en caliente de chapa por procedimiento continuo.

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Page 67: Electrode Posicion

2.5 PROPIEDADES DEL RECUBRIMIENTO

Los recubrimientos tienen generalmente un espesor comprendido entre 0,02-0,09mm. Este

margen se ha puesto, en parte, por el mínimo espesor necesario para conseguir un nivel

aceptable de porosidad y, en parte, por la habilidad para producir un recubrimiento

uniforme mas delgado durante el proceso. En el caso de recubrimientos de estaño, es

posible una reducción, y el espesor esta comprendido en los alrededores de 0,002 mm. La

porosidad del revestimiento depende en especial de la capacidad de los metales para

difundir mutuamente sobre el área interfacial total –barreras a la difusión intermetalica son

fundamentalmente las inclusiones no metálicas en el metal base o capas de óxidos sin

decapar-. A no ser que haya una interdifusión, la retracción del metal fundido puede

ocasionar antes de que ocurra la solidificación.

La interdidusión tiende invariablemente a la formación de compuestos intermetálicos cuya

presencia es vital para asegurar una buena adhesión, pero una proporción excesiva en el

recubrimiento puede conducir a la fragilidad y los consiguientes defectos que se hacen

patentes durante el proceso de fabricación posterior. Como ya se ha indicado, se pueden

añadir elementos de aleación para controlar la excesiva formación de compuestos

intermetálicos si se dispone de insuficiente control para variar la temperatura y el tiempo de

inmersión.

2.6 BENEFICIOS DEL RECUBRIMIENTO

Mayor vida útil de los productos .Un producto galvanizado por inmersión tiene

una vida útil de al menos 10 años sin presentar principios de oxidación, y que puede

ser mayor dependiendo del grado de exposición.

Sin costo de mantenimiento. Una vez galvanizado, no es necesario pintar ni

realizar ningún tipo de mantenimiento.

Bajo costo inicial. El costo de galvanización es bajo comparado con otros métodos

de protección.

Versatilidad. El proceso de inmersión permite galvanizar una variada gama de

tamaños y formas de los materiales.

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Page 68: Electrode Posicion

Mayor espesor y resistencia de capa. La aleación que se logra da una gran

resistencia a golpes y raspaduras derivados de los movimientos o instalaciones.

Garantía de recubrimiento. El galvanizado por inmersión asegura un

recubrimiento de toda la pieza por dentro y por fuera.

Triple Protección:

1. Barrera física: El recubrimiento posee mayor dureza y resistencia que cualquier

otro tipo de recubrimiento.

2. Protección electroquímica: Con el paso del tiempo se forma una fina capa de

óxido de zinc que actúa como aislante del galvanizado.

3. Autocurado: Ante raspaduras superficiales, se produce un taponamiento por

reacción química de la superficie dañada.

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