Procesos y técnicas
Introducción
El proceso de tratamiento de superficies metálicas y plásticas consiste en la modificación
de la superficie por aplicación de diferentes técnicas. La modificación puede realizarse por
deposición de capas de metal sobre la superficie a tratar, o bien por conversión de dicha
superficie.
Estos procesos tienen lugar mediante reacciones de oxidación-reducción, y se distinguen los siguientes tipos:
1-Procesos electrolíticos (por deposición o conversión): requieren de una fuente externa de corriente eléctrica.
2-Procesos químicos o auto-catalíticos (por deposición o conversión): no requieren de fuente externa de corriente eléctrica.
Las piezas a tratar pueden ser metálicas o plásticas y en ambos casos el tratamiento tiene
como finalidad modificar las características de estas superficies para dotarlas con nuevas propiedades.
A las superficies metálicas se les confiere, mediante su recubrimiento, propiedades principalmente:
a-decorativas
b-protectoras: mayor dureza, mayor resistencia a la corrosión
c-funcionales: para favorecer tratamientos posteriores
Las piezas de plástico, en la actualidad son cada vez más utilizadas. Sin embargo, aunque son de fácil fabricación y pueden ser flexibles o rígidas, carecen de otras propiedades por lo que su superficie es tratada para aportarle:
a- un acabado decorativo, para lograr un alto valor (apariencia similar a oro, cobre o latón y cromo)
b-una mayor dureza, el plástico tiene una dureza inferior al metal
c-conductividad eléctrica (normalmente en áreas seleccionadas)
Antes y después de los procesos galvánicos, se llevan a cabo actividades tales como:
mecanizado de piezas, soldadura, etc.
Tanto estas actividades como el uso final que se le dará
a la pieza son factores determinantes en la especificación del tratamiento a aplicar y, por
tanto, del tipo de instalación que será necesaria.
Así, el tamaño y complejidad de las instalaciones viene determinado por:
1- el tipo de tratamiento a realizar
2- los estándares de calidad
3- tipo, tamaño y cantidad de piezas a tratar
4- el tipo de manipulación / almacenamiento de las piezas
Estos factores determinarán también, si el proceso se realiza de forma manual o automática y el tipo de transporte para las piezas que debe utilizarse en su tratamiento:
en bastidor (o estático) o en tambor (o bombo).
Al margen de la complejidad y del número de procesos descritos, todos los tratamientos
tienen procesos en común que se detallan en el siguiente diagrama.
Carga - Desengrase Químico - Desengrase por Ultrasonido - Lavado - Decapado - Lavado - Neutralización - Lavado - Baño 1 - Lavado - Neutralización - Baño 2 - Lavado - Secado y descarga.
Almacenamiento y manipulación
Piezas o superficies a ser tratadas
Tal y como se ha indicado en el apartado anterior, las piezas o superficies a ser tratadas
pueden ser de diferentes materiales: metálicas (hierro, aluminio, zamac, etc) o bien
plásticas (preferentemente ABS); por lo tanto, teniendo en cuenta la naturaleza de estas
piezas, deberemos poner especial atención en su almacenamiento y manipulación.
La principal característica que debe considerarse en el almacenamiento de piezas
metálicas a ser tratadas es que pueden sufrir un proceso de oxidación.
La oxidación de
la pieza puede repercutir negativamente en su tratamiento posterior, siendo necesario,
muy probablemente en este caso, su reprocesado.
Habitualmente, como medida de
protección a la corrosión se utilizan aceites que, posteriormente, deberán ser retirados de
la pieza para el tratamiento superficial.
físicas pueden dañarse (golpes, rayaduras) o incluso romperse si se realiza una
incorrecta manipulación o almacenaje.
Materias primas
Para la realización del tratamiento de superficies se utiliza una amplia variedad de
productos químicos. Cabe destacar que, tal y como se describe en el presente
documento, dentro del sector de tratamiento de superficies puede encontrarse una gran
variedad de procesos y, por tanto, de productos y, a su vez, empresas o instalaciones de
tamaño muy variado.
Habitualmente los pequeños talleres acostumbran a almacenar pequeñas cantidades de
productos.
Por cuestiones de espacio la zona de almacenaje suele ser de dimensiones
Por lo común, se almacena la cantidad necesaria para garantizar
reducidas y, por cantidades no suele estar sometida a la reglamentación de almacenaje de productos químicos.
la producción siendo el suministro de materias primas muy frecuente.
materias primas, sometido a legislación sectorial, y zonas de almacenaje en las líneas de
producción, en las que hay productos en pequeñas cantidades para su adición a la línea
de proceso.
Piezas tratadas
El tiempo de almacenaje no suele ser elevado y las medidas de protección o embalaje
suelen estar especificadas por el cliente.
Aquellas instalaciones que trabajan para terceros, habitualmente retornan las piezas
tratadas a sus clientes con el mismo embalaje con el que habían sido suministradas,
siendo el caso más habitual cajas de plástico, metálicas o de cartón de uso industrial.
protección contra la corrosión, si el tiempo de almacenaje es largo, éstas son recubiertas
con aceite.
En todo proceso galvánico, antes de proceder al recubrimiento superficial de la pieza, se requiere de un tratamiento previo de preparación de la superficie. Este pre-tratamiento se
realiza para eliminar los restos de grasas, aceites, taladrinas y sustancias similares como
refrigerantes y lubricantes presentes en la superficie, así como restos de óxido,
calaminas, etc.
En general, estos restos proceden del tratamiento de conformación mecánica, pudiendo también proceder del proceso de engrase de las piezas como
protección anticorrosiva temporal.
Tipos de pre-tratamiento:
• Pre-tratamientos mecánicos
• Pre-tratamientos químicos
Pre-tratamientos mecánicos
Decapado mecánico
El proceso consiste en el pulido mecánico con cintas abrasivas, equipos de vibración o bien, mediante la proyección a gran velocidad, con aire comprimido, de un material
abrasivo en estado sólido (arena de sílice, escorias, granalla de acero, etc.) sobre la
superficie en cuestión.
Con este sistema, se van eliminando las capas de impurezas que se encuentran adheridas a la superficie a tratar.
- el rendimiento del producto
- el material base de la pieza
- el aspecto deseado del acabado
Pre-tratamientos químicos
Desengrase químico
El desengrase químico puede realizarse con disolventes orgánicos o en soluciones
acuosas alcalinas con poder emulsificador (detergentes).
Desengrase químico con disolventes
Estos son utilizados tanto en frío como en fase vapor. Eliminan grasas, pinturas y
barnices.
1- En frío, se aplican por inmersión, realizando el efecto desengrasante el mismo disolvente.
2- En fase vapor, los disolventes del baño se evaporan y producen vapores que contactan con la pieza realizando el efecto desengrasante.
Los disolventes halogenados están siendo sustituidos por soluciones acuosas.
Éstas
contienen fundamentalmente detergentes inorgánicos, así como sustancias orgánicas,
por lo general, bio-degradables.
Sin embargo, en casos en los que por razones técnicas
sea inevitable el empleo de disolventes halogenados, es recomendable realizarlo en
instalaciones cerradas herméticamente y acompañadas incluso de un sistema de
extracción de vapores y ventilación del local durante su apertura.
Desengrase con detergentes
En el desengrase químico con detergentes (productos comerciales), se elimina
cualquier tipo de grasa debido a su composición alcalina y a los compuestos
tensoactivos que disminuyen la tensión superficial del aceite del baño.
El desengrase químico con detergentes se realiza mediante las siguientes técnicas:
Desengrase químico
Medio químico con agentes emulsionantes en el cual, para favorecer el efecto
mecánico de la limpieza, normalmente se utiliza algún mecanismo de agitación del
medio, como por ejemplo el aire.
Desengrase por ultrasonidos
Este sistema consiste en un medio químico como el anterior, al cual se le añade un
mecanismo generador de ultrasonidos que crea un efecto de impacto sobre la
superficie de la pieza y colabora en su limpieza mecánica.
Requiere agitación mecánica de las piezas y no se utiliza a granel ni en procesos a
tambor.
Desengrase electrolítico
Consiste en someter las piezas, actuando como cátodos, a la acción de una solución
alcalina.
Las grasas saponificables son atacadas y saponificadas por la acción de la
solución alcalina, y el hidrógeno originado en la electrólisis sobre el cátodo favorece
el desprendimiento de las grasas de la pieza.
Con este sistema, también se desprenden
los óxidos metálicos por su reducción a través del hidrógeno.
Decapado
Activado/decapado ácido
En esta operación se eliminan principalmente los óxidos metálicos de la superficie a
recubrir mediante soluciones ácidas, activándose a su vez la superficie, esto es,
preparándola para su tratamiento en el baño de proceso posterior.
Entre los principales compuestos que se utilizan se pueden destacar:
Acido sulfúrico
Concentración : 25%
Temperatura: 60º C
Elimina: Óxidos metálicos
Ácido clorhídrico
Concentración : 18-22%
Temperatura: 30-35º C
Elimina : Óxidos metálicos
Ácido fluorhídrico
Concentración : 20-25%
Temperatura: 35-40º C
Elimina: Óxidos metálicos
Ácido nítrico
Concentración: 10 %
Temperatura: 68-79º C
Elimina: Óxidos metálicos
La utilización de ácido sulfúrico permite la reducción del tiempo del decapado
incrementando la temperatura y concentración del baño.
Regulando la temperatura del
proceso es posible controlar el grado de ataque del ácido sobre el metal base.
También puede utilizarse ácido clorhídrico, pero si se supera el rango de temperatura
indicado se incrementa significativamente la emisión de vapores y se provoca un mayor
ataque del metal base con la consiguiente disolución del mismo.
El ácido fluorhídrico, se utiliza principalmente para tratar hierro fundido.
También se ha observado la utilización de dichos ácidos mezclados, y algunos
activadores especiales de metales utilizan el bifluoruro amónico (F2HNH4) como
sustancia de activación.
Después del decapado, la superficie contiene productos químicos que se generan por la
acción de los ácidos sobre los óxidos.
A continuación, por tanto, se eliminan estos p
roductos mediante su neutralización y posterior lavado con agua de red.
Tratamientos de superficie aplicados
Tratamientos electrolíticos principales
Tal y como se ha indicado en el presente capítulo los procesos electrolíticos pueden
modificar la superficie por conversión química de ésta o por deposición de un metal, en
ambos casos esta modificación le conferirá las propiedades anticorrosivas, decorativas o
funcionales deseadas.
Un proceso electrolítico requiere:
a- solución electrolítica
b- electrodos conductores
c- corriente eléctrica.
El esquema general de un proceso electrolítico puede representarse:
El mecanismo de recubrimiento electrolítico consiste en sumergir la superficie a tratar
en un electrolito que posee los iones del metal a depositar, la pieza a recubrir constituye
el cátodo de la cubeta electrolítica.
El ánodo está formado por piezas de gran pureza del
metal de deposición cuya misión es mantener constante la concentración de los iones
metálicos en el electrolito.
En los procesos electrolíticos de modificación, la superficie es igualmente sumergida en
un electrolito actuando en este caso como ánodo y utilizándose como cátodo un metal
inerte cuya función es la de cerrar el circuito electrolítico.
Los procesos electrolíticos descritos en el presente capítulo son:
Cincado
Cadmiado
Niquelado
Cobreado
Latonado y acabados en bronce
Cromo duro y decorativo
Estañado
Metales preciosos
Fabricación de circuitos impresos
Metalizado de plástico
Anodizado de aluminio
Electropulido
Tratamiento de fleje en continuo
Cincado
El recubrimiento de piezas con cinc requiere un post-tratamiento que asegure la
protección de las mismas frente a la corrosión, así por ejemplo, habitualmente, tras el
proceso de cincado de piezas se procede a pasivarlas con soluciones de cromo
hexavalente o trivalente.
cinc ácido
Este tipo de cinc se utiliza para aquellas piezas que requieran un tratamiento
anticorrosivo con una baja distribución del metal y un acabado brillante.
La formulación del baño es la siguiente:
cloruro de cinc 60-100g/l
cloruro de potasio 130-180 g/l
ácido bórico 15-30 g/l
humectantes ----
abrillantadores ----
Las condiciones de trabajo de esta formulación son las siguientes:
temperatura 21-35 ºC
densidad de corriente 1-4 Amp/dm2
tensión 1-12 V
pH 4,8-5,5
Si el voltaje supera los 12-15 V ataca el titanio de las cestas anódicas.
cinc alcalino
De igual manera que el cinc cianurado, este tipo de recubrimiento se utiliza en piezas
metálicas en las que se debe aportar una resistencia a la corrosión, con una mejor
distribución del metal que el cinc cianurado.
Este proceso requiere una mejor etapa de pre-tratamiento (limpieza piezas) que en el
caso de cinc cianurado.
La formulación del baño es la siguiente:
óxido de cinc 5-15 g/l
hidróxido de sodio o potasio 100-150 g/l
Las condiciones de trabajo en este caso son:
Temperatura 20-35 ºC
densidad de corriente catódico 1-4 Amp/dm2
Voltaje 2-15 V
cinc cianurado
Este tipo de cincado no precisa de un proceso de desengrase tan exigente como en el caso
anterior.
Este proceso es cada vez menos utilizado, por su problemática ambiental y
gracias a las buenas prestaciones de los dos baños de cincado alternativos.
La formulación del baño es la siguiente:
óxido de cinc 10-43 g/l
hidróxido de sodio 50-75 g/l
cianuro de sodio 5-100 g/l
En cuanto a las condiciones de trabajo, las más usuales son las siguientes:
temperatura 20-30 ºC
densidad de corriente catódico 2-6 Amp/dm2
voltaje 2-15 V
Las aleaciones de cinc también aportan una gran resistencia a la corrosión, siendo
utilizadas en el sector de la automoción.
Las principales aleaciones utilizadas son:
cinc-hierro (<1% Fe)
cinc-cobalto (<3% Co)
cinc-níquel (<15% Ni)
Una vez finalizado el proceso de cincado, para incrementar la resistencia a la corrosión, las
piezas son sometidas a un proceso de pasivación crómica o cromatizado.
Esta pasivación
puede ser de cuatro tipos:
1- pasivación azul (resistencia a la corrosión baja)
2- pasivación verde (alta resistencia a la corrosión)
3-pasivación amarilla (resistencia a la corrosión similar a la verde)
4-pasivación negra (resistencia de tipo mediana)
En la actualidad se continúa utilizando el cromo hexavalente en las formulaciones para la
pasivación.
Acá termina la primer parte de esta materia muy extensa debido a la gran cantidad de procesos que existen.
Fernando Gatto
Kaia Joyas Uruguay
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