Galvanizado
La galvanoplastia con zinc se utiliza ampliamente debido a su capacidad para proteger el acero de la corrosión. La naturaleza sacrificada de la protección y la tolerancia a los rayones hace que su rendimiento sea superior al de las pinturas solas. Sin embargo, su uso en metales básicos distintos del acero o el acero inoxidable es raro. El revestimiento de zinc se puede preparar para que tenga una apariencia atractiva y, como el costo es relativamente bajo, es un revestimiento muy popular tanto para piezas pequeñas como pernos, tuercas, remaches, arandelas, clavos, bisagras y ganchos, como para piezas de automóviles, interiores. componentes, etcétera. También funciona como una capa base eficaz para pinturas.
Los rangos de espesor mínimo típicos se especifican entre 5 y 25 μm (8). La resistencia a la corrosión de un recubrimiento depende del espesor de la capa y del postratamiento aplicado.
Se utilizan tres procesos principales para el galvanizado: cianuro, nocianuro alcalino y soluciones de cloruro débilmente ácidas. La elección de la solución depende de las capacidades de tratamiento de efluentes de una planta y del tipo y material de los componentes que se recubrirán.
El proceso de cianuro tiene un buen poder de macroproyección y, por lo tanto, proporciona un espesor de recubrimiento bastante uniforme independientemente de la forma geométrica del componente. El baño es fácil de mantener y tolera variaciones de concentración bastante grandes. Como el baño es alcalino, no corroe las piezas de acero y también tiene propiedades de limpieza de superficies para tolerar pequeñas cantidades de impurezas orgánicas. Sin embargo, debido al contenido de cianuro, el baño es extremadamente tóxico, lo que provoca elevados costes de agua de aclarado y residuos. A altas densidades de corriente, la eficiencia actual es baja y el riesgo de fragilización por hidrógeno para piezas tratadas térmicamente y carbonitruradas es alto. Las otras desventajas de los baños de cianuro son el escaso poder de microlanzamiento y las dificultades en el revestimiento del hierro fundido. Esto se debe al grafito en la superficie del hierro fundido y su menor sobretensión de hidrógeno en la solución de cianuro en comparación con el zinc, lo que conducirá a la evolución de hidrógeno en las manchas de grafito en lugar de la precipitación del zinc (9).
El zinc existe en baños de cianuro como un complejo tetraciano Zn(CN)42−, que se disocia a la misma velocidad que los iones Zn2 precipitan en el cátodo (10). La asociación con el complejo de cianuro, que como ion aniónico provoca una gran polarización de concentración, mejora el poder de macrolanzamiento del baño, pero reduce la eficiencia de la corriente. El poder de microlanzamiento (apalancamiento) de un baño de cianuro es pobre. El complejo de cianuro hace que la estructura cristalina del metal precipitado sea fina, lo que proporciona una buena base para que los abrillantadores produzcan recubrimientos brillantes, aunque el brillo del depósito de un baño de cianuro por sí solo no es tan bueno como el de otros tipos de baños. En los baños de cianuro alcalino, los iones de zinc también están asociados con iones hidroxilo como Zn(OH)42-, y existe un equilibrio entre los complejos de cianuro y hidroxilo, que depende de la cantidad de hidróxido de sodio agregado al baño.
Debido a los efectos adversos del cianuro tóxico, su cantidad en el baño ha variado desde baños con alto contenido de cianuro hasta baños con contenido medio y bajo de cianuro. El contenido total de cianuro de sodio del baño con alto contenido de cianuro es de 75 a 115 g l-1, mientras que en los baños con contenido medio de cianuro es de 35 a 55 g l-1 y en los de bajo contenido de cianuro, de 6 a 15 g l-1 (10–12). Los costos de arrastre y eliminación de desechos son menores en los baños con bajo contenido de cianuro, pero los requisitos de pretratamiento y variación de los parámetros operativos son mayores. El contenido de hidróxido de sodio debe ser lo suficientemente alto, 80 a 100 g l-1, para tener buena conductividad y disolución del ánodo y producir buen brillo.
Los abrillantadores añadidos al baño de cianuro suelen ser orgánicos, ya que la concentración de abrillantadores metálicos es demasiado crítica. Generalmente existen abrillantadores primarios y secundarios. El abrillantador primario más común es el alcohol polivinílico (PVA), mientras que los abrillantadores secundarios típicos son moléculas más pequeñas que contienen enlaces insaturados y grupos polares, por ejemplo, aldehídos aromáticos y piridinas.
Los baños de cianuro también contienen carbonato de sodio, que se forma cuando las moléculas de cianuro son oxidadas por el oxígeno del aire. Se requiere algo de carbonato para formar una capa de recubrimiento densa, pero se debe eliminar del baño una cantidad excesiva, más de 70 a 80 g l-1, bajando la temperatura del baño por debajo del límite de solubilidad del carbonato de sodio.
Los parámetros operativos importantes son las relaciones entre las concentraciones de NaCN y Zn y la densidad de corriente catódica. Cuanto mayor es la cantidad de Zn, menor es el factor NaCN/Zn, lo que mejora la eficiencia actual. Sin embargo, el poder de lanzamiento de macros será menor y el funcionamiento del proceso de recubrimiento es más exigente. La selección de una densidad de corriente catódica depende de las concentraciones, los abrillantadores utilizados, la temperatura y la agitación. Los valores típicos son 2–5 Adm−2. Mayores densidades de corriente reducirán la eficiencia de la corriente catódica. Los baños de cianuro funcionan a temperatura ambiente.
La pureza de un material del ánodo Es importante para los baños de cianuro, ya que afecta el brillo de la capa de recubrimiento. Por lo general, el material del ánodo tiene una pureza superior al 99,99 % de zinc, ya sea en forma de bola o de barra. Cuando el baño no se utiliza, el zinc se disolverá en el baño; Para evitar una acumulación excesiva de zinc, se deben quitar los ánodos.
Los baños de zinc alcalinos sin cianuro se pueden preparar disolviendo óxido de zinc ZnO en hidróxido de sodio y agregando abrillantadores. El baño contendrá entre 8 y 10 g l-1 de zinc y entre 90 y 120 g l-1 de NaOH, y el zinc estará en la solución como iones Zn(OH)42- (11,12). La mayoría de las propiedades del baño están determinadas por los sistemas abrillantadores, que suelen estar patentados y pueden incluir, por ejemplo, PVA e iminas. Las buenas propiedades de los baños son un bajo contenido de metales y un tratamiento de efluentes generalmente económico, buen brillo, buen poder de macrolanzamiento y poder de microlanzamiento moderado. El peligro de fragilización por hidrógeno para los aceros tratados térmicamente es menor en comparación con los baños de cianuro. El baño requiere un mejor control de funcionamiento que los baños de cianuro; en particular, el contenido de metal debe controlarse durante los períodos de inactividad, ya que concentraciones de metal demasiado altas deteriorarán el brillo. Sin embargo, un contenido de metal demasiado bajo reducirá la eficiencia actual. El baño funciona a temperatura ambiente.
Las soluciones de cloruro débilmente ácidas han ganado más cuota de mercado a medida que se han desarrollado las propiedades de las soluciones. El baño contiene entre 15 y 30 g l-1 de zinc y cloruro de amonio o potasio, de modo que el contenido de cloruro del baño es de 110 a 150 g l-1 (10,11). Se deben incluir abrillantadores orgánicos en el baño. El rango de pH óptimo es de 4,5 a 5,5. El zinc se disolverá en la solución como iones Zn2. El precipitado será columnar y rugoso a menos que se utilicen abrillantadores. Se pueden lograr depósitos muy brillantes mediante el uso de abrillantadores, y generalmente se considera que las soluciones débilmente ácidas dan el mejor brillo entre los procesos de cincado. Al mismo tiempo, la eficiencia de la corriente es muy alta, alrededor del 95-98% en un área de densidad de corriente grande, lo que resulta beneficioso para el revestimiento de acero carbonitrurado y hierro fundido. El poder de microlanzamiento es muy bueno, pero como la eficiencia actual es alta, el poder de macrolanzamiento es pobre. Esto, junto con la química del baño, requiere que las piezas se limpien cuidadosamente antes de enchapar, y se debe prestar mucha atención a los accesorios de enchapado. El efecto adverso de la solución de cloruro ácido es la posible corrosión de los materiales del sustrato y manchas del revestimiento a menos que se enjuague cuidadosamente. Por lo tanto, las piezas soldadas por puntos u otras con estructuras laminares no son adecuadas para la solución. El tratamiento de efluentes suele ser sencillo, aunque el amonio puede alterar el funcionamiento de una planta de efluentes formando complejos con metales pesados. El baño funciona a temperatura ambiente y se pueden utilizar densidades de corriente de hasta 6 Adm-2 sin una caída significativa en la eficiencia de la corriente.