INDICE.
1. INTRODUCCION
- TRATAMIENTOS SUPERFICIALES. FUNDAMENTO Y OBJETO
- TIPOS Y PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS
3.1 Protección por capa metálica.
3.1.1 Inmersión
3.1.2 Galvanizado
3.1.3 Procedimientos mecánicos
3.1.4 Por proyección
3.1.5 Por medios electrolíticos
3.2 Protección por capa química.
3.3 Protección por capa no metálica.
3.4 Protección catódica.
- PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS
4.1 Desengrasado
4.2 Descascarillado
4.3 Pulido
- DETECCIÓN Y EVALUACIÓN DE DEFECTOS.
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los principales factores que limitan la vida de las piezas metálicas en servicio es el ataque químico o físico-químico que sufren en el medio que les rodea; es decir, su CORROSIÓN. Ello ocasiona fallos en instalaciones industriales (roturas de calderas, tuberías de conducción, estructuras metálicas, cascos de barcos…etc.) lo cual supone desde el punto de vista económico perdidas muy cuantiosas (5% del PIB de un país industrializado se gasta en prevención de la corrosión o en sustitución de los elementos afectados).
En este tema veremos los tratamientos superficiales más utilizados para evitar dicho problema en los elementos metálicos.
- TRATAMIENTOS SUPERFICIALES. FUNDAMENTO Y OBJETO
De forma general la corrosión metálica se debe a las reacciones químicas que transcurren entre los metales y los elementos no metálicos del medio en el que ellos se encuentran. De esta forma los metales se oxidan, es decir, pierden electrones actuando como ánodos en una reacción galvánica. Se puede decir que en realidad es una tendencia de los metales a volver a su estado natural (del cual fueron separados en su fabricación).
Los factores que influyen en la corrosión son muy numerosos y dependen de:
· Del metal base. Las heterogeneidades químicas, estructurales y las debidas a tensiones internas originan pares galvánicos que aceleran la corrosión.
· De la pieza. Destaca el estado de la superficie de la pieza; los surcos del mecanizado, rayas, grietas y orificios favorecen la corrosión; por el contrario un pulido perfecto dificulta su aparición y avance.
Además influyen los esfuerzos a los que está sometida la pieza (por ejemplo los esfuerzos de tracción favorecen la corrosión).
· Del medio. Ambientes húmedos y especialmente atmósferas salinas son extremadamente agresivas y precursores del efecto corrosivo. Así, según la ley de Nerst, la concentración del medio es directamente proporcional a la cantidad de material corroído.
Los recubrimientos protectores que eviten esta corrosión pueden formarse por medios naturales, como por ejemplo la capa de alúmina que se forma superficialmente sobre las aleaciones de aluminio o, por el contrario, de forma sintética.
Los recubrimientos no naturales que veremos a continuación, intentan hacer, en esencia la misma función que la alúmina en el ejemplo nombrado, es decir, cubrir superficialmente el metal base con una capa (de diferentes espesores y características) de material autoprotector, de tal manera que no exista contacto entre el metal base y el medio corrosivo.
- TIPOS Y PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS
El método de aplicación de un recubrimiento protector ejerce una influencia significativa sobre su carácter. Este proceso de recubrimiento influye sobre el espesor final de la capa, la uniformidad, la composición, la densidad, la continuidad y la adherencia del recubrimiento a la pieza, factores estos decisivos en para alcanzar una buena protección.
La calidad protectora, el aspecto, y el coste están relacionados con el método de obtención del recubrimiento.
En cuanto a los tipos de recubrimientos protectores, los podemos diferenciar según el material de aportación en: protección por capa metálica, capa de material orgánico o capa química.
3.1 Protección por capa metálica
El proceso de recubrimiento metálico se puede realizar por los siguientes métodos:
3.1.1 Inmersión
En líneas generales este proceso se basa en la inmersión de la pieza que se quiere proteger en un baño de metal fundido durante un plazo corto de tiempo, tras el cual se extrae la pieza cubierta por una capa del material protector.
Aunque el procedimiento puede parecer sencillo, en la práctica se han de controlar minuciosamente ciertos factores como son:
· Limpieza preliminar de los productos metálicos: desengrase y decapado.
· La adición de fundentes a la superficie del baño de metal fundido.
· La viscosidad del baño, mediante el control exhaustivo de la Tª del mismo.
· El uso de agentes de adición del metal que pueden hacer cambiar otros parámetros como la viscosidad o densidad.
· La homogeneidad de la capa con el espesor deseado.
· El tiempo de permanencia así como la masa de ambos metales.
Para el recubrimiento adecuado de un material con otro por el proceso de inmersión es preciso que ambos sean susceptibles de alearse, en caso contrario se ha de emplear una pequeña cantidad de un tercer metal que se alee con cada un de estos.
La capa formada tras la inmersión no es una película sencilla formada exclusivamente por el metal fundido. El recubrimiento tiene dos capas bastantes diferenciadas, de las cuales la que se encuentra en contacto con la superficie de metal base se designa con el nombre de capa aleada pues llega a existir transferencia de átomos entre ambas zonas.
El espesor relativo idóneo de cualquier recubrimiento obtenido por inmersión varía con el tipo de aleación protectora utilizada. Hay que destacar que a inmersión prolongada tiene por resultado la formación de una capa espesa que determina que el recubrimiento sea tan frágil que sea inútil para muchas finalidades.
Las inmersiones en baños metálicos autoprotectores con estos fines se suelen realizar en metales fundidos como el Ni, Cd, Al, Sn,… pero con diferencia el metal más común el es Zn, dando lugar al proceso de galvanizado.
3.1.2 Galvanizado
En primer lugar hay que resaltar que el galvanizado puede ser en caliente, es decir, por inmersión o también se puede llevar a cabo en frío recubriendo de zinc las piezas con una pistola, brocha o rodillo.
El galvanizado en caliente se utiliza desde hace más de 100 años para proteger el acero de la corrosión. La película de zinc que se forma sobre el acero lo protege de dos maneras: protección de barrera y protección galvánica (catódica). Es este último tipo de protección la que permite que productos de acero puedan permanecer sin corrosión durante décadas aunque existan zonas sin película de Zn. Esto se explica porque en presencia de un medio conductor (humedad) el Zn, al ser más electronegativo que el hierro actúa como ánodo y el acero como cátodo, de manera que el zinc se corroe en una acción de sacrificio y evita que el acero se oxide.
3.1.3 Procedimientos mecánicos
A este procedimiento se le conoce generalmente con el nombre de plaqueado o chapeado. Básicamente consiste en recubrir la superficie del metal a proteger con una delgada capa de un material más noble (menos oxidante) por medios mecánicos.
Puesto que este proceso se realiza por laminación, sólo puede aplicarse a metales con características de deformación parecidas. Los lingotes para forja están formados por una parte gruesa central de metal a proteger y en las partes superior e inferior del metal protector.
Así, por ejemplo, el acero ordinario es recubierto mecánicamente por capas de acero inoxidable o aleaciones de Al protegidas por Al puro, totalmente, inoxidable.
3.1.4 Por proyección
De forma general el proceso consiste en lanzar multitud de gotas de metal protector fundido sobre la superficie a proteger.
Aunque el metal, previa proyección, puede encontrarse en forma de polvos, lo más común es el uso de alambre, el cual se funde en las propias pistolas de proyección y es lanzado en forma liquida sobre la superficie de la pieza.
Las pistolas de proyección cuentan con reguladores que garantizan el control preciso de la velocidad de deposición así como su viscosidad, factores estos muy importantes en el proceso.
Durante la ejecución, las gotas fundidas recubiertas con películas superficiales de óxido, inciden sobre la pieza penetrando algo de metal en los poros e irregularidades de la superficie.
El costo de este modo de protección es bastante superior al de depositados por inmersión o plaqueado si bien se pueden obtener recubrimientos más gruesos y resistentes. Además para estructuras de grandes dimensiones y formas complejas que requieren gran protección únicamente pueden recubrirse con metal por este método debido a su tamaño.
3.1.5 Por deposición electrolítica
También conocida como galvanostegia, aquí la pieza a recubrir actúa como cátodo en una cuba electrolítica, donde el metal protector es el propio electrolito que se deposita sobre el metal base.
Cuanto mayor sea el tiempo de exposición y la intensidad de corriente mayor será el espesor de la capa protectora depositada en la pieza.
Por este procedimiento se realizan los niquelados y cromados, etc.… tan comúnmente aplicados en la protección de piezas por su buena función anticorrosiva y el aspecto conseguido.
3.2 Protección por capa química
Las piezas a protegidas por este procedimiento se hacen reaccionar con un agente químico que forma compuestos insolubles en su superficie. Esta conversión es una modificación química o electroquímica de la superficie metálica, por lo que el recubrimiento así obtenido es parte INTEGRANTE, del metal base. En esto difiere radicalmente de pinturas y de la mayor parte de recubrimientos metálicos pues no se combinan químicamente con el metal base.
Las técnicas utilizadas para la obtención de este tipo de recubrimientos se dividen en dos categorías generales:
1) Inmersión o proyección de solución de un producto químico.
2) Métodos electrolíticos
Así por ejemplo, en el proceso de pavonado el acero es recubierto con una capa de oxido negro muy porosa que admite aceites que aumentan la protección. Para ello las piezas se hacen reaccionar a temperaturas de 143 ºC con clorato sódico por cualquiera de los medios nombrados.
De forma similar se realizan los fosfatados (con ácido fosfórico y fosfato de cinc) y también una especie de cromatado.
Ambos métodos permiten obtener una buena base para posteriores operaciones de acabado por lo que se usan como fase previa a operaciones de pintado.
En otras ocasiones, las capas formadas ejercen la función por sí solas como en el caso del anodizado de las aleaciones de aluminio y aleaciones de magnesio (protección anódica o pasivación).
3.3 Protección por capa orgánica
Con este nombre también se conoce a los procesos de acabado. Las piezas son recubiertas con pinturas, lacas o esmaltes en general buscando impermeabilizar los materiales ante la acción del medio. Estos esmaltes están constituidos por resinas celulósicas o fósiles o por bases de resina sintética modificadas con aceite. En ocasiones las pinturas incorporan sustancias anticorrosivas como el polvo de Zn que facilita la protección catódica o antiguamente el minio (Pb3O4) que actúa como inhibidor pero que su toxicidad ha acarreado su prohibición.
Es de destacar que, además de la función protectora, que estos acabados cumplen una función estética importante dando el color y el brillo deseado a las piezas así tratadas.
Los procedimientos de acabado varían considerablemente en función del metal empleado, del método empleado en la conformación de la pieza y del tipo de protección orgánica deseado.
3.3 Protección catódica
Este es un método efectivo, aunque caro y en él no se crea ninguna capa superficial. Se trata de hacer que el metal que se va a proteger deje de ser ánodo para forzarlo a ser cátodo. Existen dos variantes, el ánodo de sacrificio (se usa un metal de alta electronegatividad como el Mg) o el voltaje impuesto.
- PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS
El requisito previo más importante en la tecnología de los recubrimientos protectores es la limpieza de la superficie a la que estos se aplican. Se puede afirmar que la obtención de recubrimientos protectores de alta calidad se basa en un pretratamiento adecuado de la superficie del metal base.
La preparación de esta superficie consta generalmente de dos pasos principales cuyos objetivos son la eliminación de sustancias orgánicas (desengrasado) e inorgánicas (descascarillado y pulido).
4.1 Desengrasado
Las piezas a tratar siempre están contaminadas con aceites y grasas provenientes de los procesos de conformado o almacenaje previos.
Como elemento desengrasante se emplean limpiadores alcalinos (sosa cáustica, carbonato sódico, fosfatos…). Las piezas se sumergen en baños alcalinos o son rociadas usando una pistola con estas soluciones.
También se puede llevar a cabo por medios electrolíticos, en cuyo caso la pieza funcionará como cátodo en el proceso.
4.2 Descascarillado
Una vez desengrasadas las piezas estas han de ser descascarilladas, es decir, eliminar los óxidos superficiales cuyo espesor dependerá de los antecedentes térmicos experimentados por el metal. El proceso de descascarillado se puede hacer por:
I. Decapado químico; se basa en la inmersión del metal en medios ácidos (acido sulfúrico generalmente) hasta que la cascarilla se haya disuelto o desprendido.
II. Decapado electrolítico, el cual puede ser anódico o catódico. Este método es más rápido que ningún otro.
III. Métodos mecánicos; mediante la aplicación de chorros abrasivos, frotamiento con cepillo de alambre, gratado…etc.
4.3 Pulido
Como comentábamos previamente, el acabado superficial de las piezas está directamente relacionado con la aparición y propagación de la corrosión.
El pulido de las superficies se suele realizar en cubetas electrolíticas siendo el electrolito una disolución anódica. Con él se obtienen superficies muy lisas y pulidas, preparadas para la deposición del metal protector.
El pulido también se puede realizar por medios mecánicos, un bruñido con bolas, por ejemplo, si bien estos procedimientos suelen aumentar la dureza de la pieza además de ser más lentos, costosos y poder manchar nuevamente las piezas con grasas y aceites.
- DETECCIÓN Y EVALUACIÓN DE DEFECTOS
Como es lógico, el mejor método para determinar la eficiencia protectora y los defectos que pueda haber en un recubrimiento es el de someterlo a una serie de ensayos específicos. Estos ensayos se llevarán a cabo en las condiciones más parecidas posibles a aquellas que han de reinar cuando la pieza entre en servicio.
Las propiedades que deben tenerse en cuenta al valorar la calidad del recubrimiento protector son las siguientes:
1) Espesor medio de la capa. Para ello llevaremos a cabo ensayos eléctricos, magnéticos, exámenes metalográficos…etc.
2) Variación en la uniformidad de dicho espesor. Mediante ensayos Preece o ensayo de goteo.
3) Porosidad y continuidad. Determinados por ensayos ferroxito, de agua caliente, electrográfico, porosidad intrínseca…etc.
4) Adherencia al metal base y flexibilidad. Propiedades valoradas por ensayos físicos (torsión, flexión…).
5) Presencia y distribución de ciertas impurezas metálicas no deseables, por ensayos macrográficos.