Recubrimiento de materiales

I. TITULO: ZINCADO ALCALINO ELECTROLITICO

II. RESUMEN

II.OBJETIVOS

2.1. Construir una celda electroltica para el zincado

2.2. Realizar el recubrimiento con zinc a las arandelas2.3. Comparar datos tericos con datos experimentales

III.FUNDAMENTO TERICO

3.1. RECUBRIMIENTOS.

Recubrimientos (o por su designacin en ingls: coating) es un material que es depositado sobre la superficie de un objeto, por lo general denominado sustrato. En muchos casos los recubrimientos son realizados para mejorar alguna(s) propiedades o cualidades de la superficie del sustrato, tales como aspecto, adhesin, caractersticas de mojado, resistencia a la corrosin, resistencia al desgaste, y resistencia a las ralladuras entre muchas otras. En otras ocasiones, particularmente en procesos de impresin y fabricacin de dispositivos semiconductores (en los cuales el sustrato es un disco de material semiconductor), el recubrimiento es una parte esencial para la funcionalidad del producto terminado.Los recubrimientos son aplicados mediante procesos en forma de lquidos, gases o slidos. Los recubrimientos pueden ser medidos y ensayados para verificar sus caractersticas y espesor de la pelcula utilizando tarjetas para observacin visual del color, opacidad o contraste (paletas o drawdown card).

Los recubrimientos a dar sobre las distintas piezas atendiendo al tipo y sistema se obtencin empleado, los podemos clasificar en:

A. Procesos de deposicin no electrolticos:

Inmersin en metal fundido

Metalizado por proyeccin

Electroless

Plaqueado

Procesos de deposicin por vapores metlicos

B. Orgnicos

Pulverizado: aerogrfico, airless, airmix, electroesttico

Inmersin

Rodillos automticos

Cortina de pintura

Pintado en tambor

Electropintado (electroforesis)

C. Inorgnicos

D. Inmersin y reaccin qumica (recubrimientos de conversin)

E. Electroltico

Para satisfaccindelosobjetivosfuncionaleslosprocedimientos habitualmente utilizados son:

Proteccin

Pinturas protectoras

Deposicin de metales

Recubrimientos de conversin

Decoracin

Pinturas

Recubrimientos cromo, nquel

Recubrimientos joyera

Tecnolgico

Recubrimientos electrolticos

Metalizados

Deposicin alto vaco

Tratamientos mecnicos

3.1.1. Recubrimientos electrolticos

Son recubrimientos que consisten en la deposicin sobre una pieza metlica de una capa muy delgada de un metal ms resistente a la corrosin que el metal base, mediante electrlisis, con el objetivo de aumentar la resistencia a la corrosin de la pieza. El espesor de este tipo de recubrimientos no es habitual que supere las 20 micras. VENTAJAS

Son recubrimientos, libres de cromo hexavalente (Cr VI), que cumplen los requerimientos de las Directivas CE 2000/53 y RoHS y de las ms exigentes normativas medioambientales. Antes de pasivar, presentan un aspecto gris plata brillante, con un aumento significativo de la resistencia a la corrosin del metal base. En comparacin con otros recubrimientos, en muchos casos es la mejor opcin en cuanto a su relacin calidad/precio. Adems de cmo recubrimiento final, se utiliza como recubrimiento base para la aplicacin de otros tratamientos posteriores, como fosfatados, pinturas, recubrimientos laminares, orgnicos, etc. No se altera por contacto con los lquidos habitualmente utilizados por la industria del automvil: aceites, gasolinas, anticongelantes, etc. Los aos de experiencia en su aplicacin, garantizan sus probadas prestaciones.

LIMITACIONES

En el caso de piezas con aceros de gran dureza, durante los procesos de decapado cido y los procesos electrolticos, se produce una absorcin de hidrgeno que fragiliza las mismas, existiendo un grave riesgo de rotura. Por ello es necesario realizar una operacin de [deshidrogenado]. En piezas muy largas, la dispersin del espesor del recubrimiento, entre el centro y los extremos de la pieza, puede ser importante. Este tipo de recubrimientos tiene un poder de penetracin limitado en agujeros y superficies interiores. En el caso de piezas pesadas y/o muy delicadas, el zincado en bombo no puede garantizar la ausencia de golpes en las piezas. Tras un tratamiento de las piezas a granel, como ste, para poderse garantizar una ausencia total de mezclas, es necesario aadir una seleccin unitaria final. Entre los tipos de recubrimientos tenemos:

Zincado

Cobreado

Niquelado

Cromado

Dorado

3.2. ZINC

El zinc o cinc (del alemn Zink) es un elemento qumico esencial de nmero atmico 30 y smbolo Zn situado en el grupo 12 de la tabla peridica de los elementos.

- Caractersticas Principales:

El zinc es un metal, a veces clasificado como metal de transicin aunque estrictamente no lo sea, ya que tanto el metal como su especie dispositiva presentan el conjunto orbital completo. Este elemento presenta cierto parecido con el magnesio, y con el cadmio de su grupo, pero del mercurio se aparta mucho por las singulares propiedades fsicas y qumicas de ste (contraccin lantnida y potentes efectos relativistas sobre orbitales de enlace). Es el 23 elemento ms abundante en la Tierra y una de sus aplicaciones ms importantes es el galvanizado del acero.Es un metal de color blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada. El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de xido o carbonato bsico que asla al metal y lo protege de la corrosin.El metal presenta una gran resistencia a la deformacin plstica en fro que disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los 100 C. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenmeno de fluencia a temperatura ambiente al contrario que la mayora de los metales y aleaciones y pequeas cargas el ms importante.

Fig. N 2. Zinc puro

- Aplicaciones

La principal aplicacin del zinc cerca del 50% del consumo anual, es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosin, proteccin efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc acta como nodo de sacrificio. Otros usos incluyen: Bateras de Zn-AgO usadas en la industria aeroespacial para misiles y cpsulas espaciales por su ptimo rendimiento por unidad de peso y bateras zinc-aire para computadoras porttiles. Piezas de fundicin inyectada en la industria de automocin.

Metalurgia de metales preciosos y eliminacin de la plata del plomo.

Utilizado en fabricacin de pinturas al leo, para fabricar el color blanco de zinc, utilizado para crear transparencias en la pintura

3.2.1. EL ZINC COMO METAL PROTECTOR:

La proteccin catdica, diferencia fundamental respecto a otros revestimientos barrera. Dos invenciones, ya antiguas, han sido a base de un procedimiento de proteccin del acero frente a la corrosin de notable eficacia, cuya utilizacin y tecnologa no ha dejado de desarrollarse en el transcurso de los aos. Fue en 1742, cuando el qumico francs Malouin demostr que la inmersin del acero en zinc fundido proporcionaba un recubrimiento protector de la corrosin de gran eficacia. Los posteriores desarrollos de Stanislaus Sorel y la puesta a punto en 1836 de unprocedimiento econmico para decapar el acero abrieron la puerta a utilizacin industrial de este nuevo procedimiento de proteccin el acero: la galvanizacin en caliente. Fue el propio Sorel quien puso de manifiesto el efecto de "proteccin galvnica", que proporcionan estos recubrimientos de zinc. Haba descubierto a proteccin catdica o de sacrificio. Por este motivo emple el trmino "galvanisation" en su patente francesa presentada en Julio de 1837.

Hoy da sabemos que a corrosin de la mayora de os metales en el medio ambiente es un fenmeno e naturaleza electroqumica, que necesita de humead y oxgeno para que pueda desarrollarse. Una medida de la tendencia a la corrosin de los metales es su "potencial normal" y la ordenacin de los metales de conformidad con sus potenciales normales constituye la serie galvnica de los metales que se muestra de forma simplificada en a Figura 1. Los metales situados por encima el hierro en esta tabla, como es el caso del zinc, se denominan andicos con respecto al hierro. Esto significa que puestos en contacto con el hierro, constituirn el nodo de la pila de corrosin que puede formarse en presencia de humead y oxgeno y ser en este nodo en donde se experimente la oxidacin, mientras que el hierro, que constituir la parte catdica de dicha pila, permanecer alterado. Este es el fundamento de a proteccin catdica o de sacrificio.

Figura 1: Serie de potenciales electroqumicos de os metales (metales clasificados segn su potencial normal).

3.2.2. ZINCADO

El cincado es el recubrimiento de una pieza de metal con un bao de zinc para protegerla de la oxidacin y de la corrosin, mejorando adems su aspecto visual. El principio de funcionamiento se basa en que los tomos de cinc reaccionan con la molculas del aire (especialmente oxgeno), oxidndose ms rpido (por estar en la superficie) que el metal componente de la pieza, retardando la corrosin interna.El cincado puede obtenerse por procesos electrolticos o mecnicos. Las partes metlicas se sumergen en un bao de zinc lquido a temperatura de fusin, consiguiendo un galvanizado. El zinc tambin puede adsorberse si se aplica como polvo y se coloca en un horno adecuado (sheradizacin), o se pulveriza a presin (metalizacin). Tambin existe el cincado cido y el alcalino. La diferencia entre ambos es que en el alcalino se utilizan compuestos con cianuro. Debido a la toxicidad de este grupo qumico se ha incrementado la utilizacin de la variante cida, a pesar de requerir mayor control de la composicin y la pureza.Segn sea el tamao de las piezas se emplean diversos mtodos de zincado. Las piezas pequeas se tratan a granel en tambores rotativos, mientras que para las de mayor tamao se utiliza el cincado en bastidor, para disminuir el rozamiento en la superficie del material. En este caso, la pieza se limpia y se cuelga en un bastidor acorde a su forma. Despus del bao electroltico se consigue un espesor de recubrimiento medio de 6-12 micras. Para una mayor proteccin anticorrosiva del material, se aplica un pasivado cromatizado que le da adems el aspecto final de la pieza, pudiendo ser blanco, amarillo o verde dependiendo de la proteccin y matiz que se desee obtener.

3.2.3. ZINCADO ELECTROLITICO

En el zincado electroltico, se depositan unos recubrimientos de zinc por electrlisis de sales de zinc en disolucin acuosa con ayuda de una corriente continua.

Figura 2.piezas zincadas

El espesor de los recubrimientos electrolticos de zinc es sensiblemente inferior al de los correspondientes recubrimientos de galvanizacin en caliente, por lo que no suelen ser adecuados para exposicin a la intemperie o en aplicaciones en las que se exija una cierta duracin en servicio, a no ser que se protejan adicionalmente mediante pintura para prolongar si vida til. Su adherencia al substrato de acero es buena y su aspecto superficial liso y brillante.

Fig. N3. Zincado Electroltico

A) PREPARACION DE LAS PIEZAS ANTES DEL ZINCADO

Del cumplimiento de condiciones bsicas depende en gran medida el xito del recubrimiento, as las piezas a galvanizar deben estar exentas de contaminantes, tales como: restos de pintura, escoria de soldadura, productos anti-salpicaduras( soldadura), grasas y aceites, etc.

Limpieza: En primer lugar se realiza la inspeccin del material, con objeto de clasificarlo para programar el trabajo. Las substancias contaminantes ms corrientes son grasas, aceites, jabones, polvo, restos de capas de pintura y residuos de productos utilizados en operaciones mecnicas o de soldadura.

El decapado en cido clorhdrico diluido, elimina por completo los productos de corrosin, pero no asi algunas de las substancias contaminantes. Por otra parte, las irregularidades superficiales del acero, tales como araazos, identaciones, etc. pueden ocasionar una reaccin, ms intensa del zinc con el metal de base, dando lugar en estas zonas a recubrimientos ms gruesos o que resultan mas a la vista. Es aconsejable que los fabricantes eviten la contaminacin de las piezas con aceites o grasas y si esto fuera inevitable por ser necesario para el proceso de fabricacin, se recomienda la utilizacin de aceites y grasas fciles de retirar. Los restos de aceites y grasas que queden sobre la superficie del acero pueden ocasionar defectos en el recubrimiento zincado (zonas sin recubrir). Los residuos producidos por la soldadura con electrodos recubiertos producen escorias que se deben eliminarse para que no originen defectos en el recubrimiento zincado.

Rugosidad superficial:La composicin qumica del acero influye decisivamente sobre el espesor y la estructura de los recubrimientos zincados, pero tambin tiene una influencia notable la rugosidad superficial, aunque, con frecuencia, no se toma este factor en consideracin. Las superficies con elevado grado de rugosidad superficial, como la que se produce al chorrear con materiales abrasivos, dan lugar normalmente a espesores ms gruesos de recubrimientos zincados, debido a que estas superficies presentan mayor rea de reaccin con el zinc y, retiene ms zinc fundido cuando las piezas se extraen del bao de zincado.

Las superficies que hayan sido sometidas a algn tipo de tratamiento de deformacin en frio, como esmerilado, pulido o estirado, pueden producir tambin recubrimientos mas gruesos, debido a que las tensiones residuales superficiales que provocan estos tratamientos favorecen la formacin de cristales mas gruesos de aleaciones zinc-hierrro.

Materiales: El empleo de distintas clases de acero en una misma construccin metalica puede dar lugar a diferentes en el aspecto del recubrimiento que se obtiene sobre cada una de ellas, debido a las diferencias de composicin qumica.

B) NORMALIZACION Y CONTROL

El espesor de los recubrimientos zincados es uno de los criterios fundamentales para establecer la calidad de los mismos, se expresa normalmente en micrmetros (m), aunque tambin puede hacerse en g/m2( masa de recubrimiento por metro cuadrado de superficie del mismo). En la norma UNE, en ISO 1461 se especifican los valores mnimos admisibles del espesor de los recubrimientos zincados en funcin del espesor del material de base.

Los pequeos defectos de continuidad del recubrimiento producidos durante el proceso, o por algn dao mecnico posterior, pueden subsanarse por metalizacin con zinc omediante aplicacin de pintura rica en zinc. Las piezas pequeas presentan dificultades de manejo de acuerdo al tipo de instalaciones y la calidad superficial de los recubrimientos que se obtiene sobre las mismas, suele ser muy variable y no siempre la adecuada. Por estas razones este tipo de piezas son tratadas utilizando una variante de dicho procedimiento, consistente en introducir las mismas en cestas metalizas que se someten a un proceso de centrifugacin inmediatamente despus de su retirada del bao de zinc. De esta manera se consigue que el espesor y el aspecto superficial sea uniforme en todas las piezas que componen la carga. Este procedimiento se utiliza especialmente para el recubrimeinto de clavos, tuercas, arandelas, tornillos,etc. Las etapas fundamentales de este procedimiento son bsicamente las mismas para cualquier aplicacin, sin embargo con frecuencia se modifican algunos parmetro operativos para mejorar os resultados. Asi por ejemplo, las piezas pequeas son zincadas frecuentemente a temperatura elevada, ejemplo, las piezas pequeas son zincadas frecuentemente a temperatura elevada, 560C o superior, en lugar de a 440 -60C. Inmediatamente despus de su electrolisis se centrifugan,para escurrir bien el zinc sobrante y mejorar la uniformidad y el aspecto del recubrimiento. Normalmente se enfran sobre agua, para evitar que la piezas se pequen entre s. El tamao de las piezas a zincar y el peso de la carga de cada cesta viene condicionado por la capacidad de la centrifuga. Cuando se trabaja a temperatura elevada es necesario utilizar un crisol de material cermico a su salida del bao zincado, con objeto de impedir la soldadura de los eslabones y mejorar la uniformidad del recubrimiento

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C) ELECTROLISIS

BAOS CON CIANURO DE ZINC

BAOS CON OXIDO DE ZINC

D) ADITIVOS

BRILLO DE ZINC BZN-03

Este abrillantador fue desarrollado para baos zinc alcalino-cianurados, esta solucin suple las necesidades de acabados de buena calidad y excelente brillo. Logrando un mayor rendimiento con relacin a productos similares existentes en el mercado. Puede ser utilizado para piezas colgadas como a tambor. Adems ayuda al recubrimiento, permitiendo mayor adherencia de la pelcula y un excelente poder de penetracin. Tambin recibe fcilmente cualquier tipo de tratamiento cromatizante. Para baos que estn funcionando con otro tipo de abrillantadores se puede agregar el BRILLO BZN-03 sin ningn tratamiento pprevio del bao, ni ajustes en formulaciones.

ZINCADO TROPICALIZADO

El tropicalizado consiste en un bao de inmersin, posterior al zincado, el cual le da a la superficie un aspecto decorativo brillante. Comercialmente existen soluciones preparadas como:

IV.EQUIPOS, HERRAMIENTAS, MATERIALES Y REACTIVOS

4.1 Equipos:

Balanza electrnica AND, HW Kessel, precisin: 0,0001gr Una fuente trasformadora de corriente. Una motor agitador de la solucin de zincado. Una cmara fotogrfica. Un multitester.

4.2 Herramientas:

Un termmetro de 300C 5C. Una pinza metlica. Una franela. Un cepillo. Depsitos de plstico. Lijas N 80 a 1500. Una cocina elctrica.

4.3Materiales: Dos placas de zinc de 10 x 5 cm Arandelas de Fe Sujetadores tipo cocodrilo Cables de cobre Moldimix Una cuba de vidrio

4.4 Reactivos HCL HNO3 H2SO4 Dicromato de sodio Oxido de zinc Cianuro de sodio Hidorxido de sodio Abrillantador Tiner Detergente

V.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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Fig. N5 Secuencia de trabajo para electrodeposicin de zinc sobre acero de bajo carbono

5.1Desbastamos y pulimos para remover los xidos del metal a zincar con lijas de (80 a 400) (600 a 1500),asi como tambin de las placas de zinc(cada una de estas fueron unidas a un cable de cobre).5.2Tomamos las dimensiones del metal a zincar, asi como tambin el peso inicial,para hacer el clculo de la eficiencia y el espesor del recubrimiento.

5.3se lav con detergente y enjuago con agua para luego Desengrasar la probeta con thiner para eliminar algn tipo de grasa. Y tambin se enjuagocon agua potable.5.4seguimos con el Decapado, en la cual se prepara una solucin de HCl al 20% y se sumergi la probeta por un tiempo de 1 minuto a temperatura ambiente.5.5seguidamente enjuagamos con agua potable y procedimos a neutralizar la probeta Sumergindola en una solucin de NaOH al 5% por un tiempo de 1 minuto,y luego una enjuagada con agua potable.

5.6En la cuba de vidrio aadimos la cantidad requerida de solucin (bao para zincado electroltico) de forma que cubra las dos placas de zinc y la arandela e instalar las conexiones elctricas y voltaje requerido.

5.7luego colocamos la probeta (arandela) en la solucin del paso anterior por un tiempo 5-8 minutos. Tener en cuenta que la probeta a zincar estuvo en la parte catdica y las placas de zinc en la parte andica de la fuente de voltaje.5.8seguido se hiso el pasivado, en una solucin de [Dicromato de sodio (200 gpl) + H2SO4 (15-20gpl)], que tomo un color amarillo iridiscente (zincado tropicalizado)y en otra con una solucin de [ HNO3 al 0.5%] que tomo un color blanco azulino y blanco.

5.9Secado de las probetas en agua caliente a 90C durante 10 a 15 segundos

5.10Pesado final de las probetas para obtener la masa depositada.

VI. RESULTADOS

VII. DISCUSION DE RESULTADOS

VIII. CONCLUSIONES

IX. RECOMENDACIONES

Orientar de forma paralela las placas de Zinc para asegurar un espesor uniforme. Colocar las planchas de Zinc a la misma distancia de la arandela a recubrir. Manipular con cuidado y tomar las medidas de seguridad respectivas para manipular los reactivos en la laboratorio Es importante tener en cuenta el sistema controlado de aireacin y el sistema de neutralizacin de aguas de enjuague, para as desechar sin problemas los residuos txicos o contaminantes. El material del nodo debe estar libre de cualquier impureza ya puede dar origen a una contaminacin en el bao electroltico, la codeposicion sobre el ctodo, la reaccin con los constituyentes de la solucin o la formacin de un lodo insoluble en la superficie del nodo. Adems el material andico debe estar en una condicin metalrgica apropiada sea debe estar bien lijado con una superficie tipo espejo para que este se disuelva uniformemente.

X.BIBLIOGRAFIA

http://69.167.133.98/~dqisaco/pdf/BICROMATO%20DE%20SODIO.pdf `[VISTO EL 19/05/20014] http://www.slideshare.net/paco_mg3/recubrimientos-electrolticos `[VISTO EL 19/05/20014]

ANEXOS:

CALCULOS PARA EL ZINCADO DE UNA ARANDELA DE Fe

AREA TRANSVERSAL (dm2)

AREA EXPUESTA (cm2)

DENSIDAD DE CORRIENTE (A/ dm2)

EFICIENCIA CATODICA

ESPESOR DE RECUBRIMIENTO (m)

ANALISIS REDOX DE LA CELDA:

TABLA N 7: Ecuaciones REDOX del Recubrimiento Electroltico.

ReaccionesECUACIONESE (V)

Andicas+0.401

-0.763

Catdicas-0.828

-0.763