METODOLIGIA PARA EL PROCESO DE CROMADO ELECTROLITICO EN LA INDUSTRIA METAL MECANICA DE LA CIUDAD DE LOJA. SUMARIO
Se desarrolla una metodología metodología para el proceso de cromado en la ciudad de Loja. Se expon exp onen en los los funda fundame ment ntos os sobre sobre la apli aplicac cació iónn pract practic icaa de la teorí teoríaa de la dep deposi osici ción ón electr electrolí olític tica, a, la influenci influenciaa de diverso diversoss factores factores,, los mecanism mecanismos os de la formació formaciónn de recubrimientos, las operaciones más significativas del proceso, los equipos e implementos, los parámetros tecnológicos y la metodología establecida para procesos de cromado. ABSTRACT
A metodology for te process of coating !it crome in te city of Loja is developed. "e fundamentals on te practical application of te teory of te electrolytic deposition, deposition, te influence of some factors, te mecanisms of te formation formation of coating, te most significant operations of te process, te equipments and tools, te tecnological parameters and te establised metodology for processes of coating !it crome are exposed. 1. Introducción
#l marcado marcado desarro desarrollo llo indust industria riall que se a manifestado en la región sur del #cuador, específicamente en la provincía de Loja, oja, a sido sido el cat catali ali$ado $adorr o se manifiesta como el fenómeno que obliga a las industrias a adoptar nuevas tecnologías para acoplarlas a los procesos productivos. %entro del campo de la indust industria ria mecáni mecánica ca se vislum vislumbra bra,, como como perspectiva, la introducción de tecnologías para recubrimientos electrolíticos con cromo. La investigación de los <imos a'os se se a orient orientado ado a la obten obtenció ciónn de productos metálicos estables, es decir, (inoxidables). Son relativamente costosos por lo que a&n estamos lejos de aber entrado en una era de metales (inoxidables). La industria química trata efec efecttivam ivamen ente te de com combat batir el orín orín,, aplic aplicand andoo media mediant ntee uno u otro otro de los los dive diverso rsoss m*to m*todo dos, s, capas capas envol envolve vent ntes es químicamente durables.
%e eco, uno de los principales ob obje jettivos ivos de la gal galvano vanottecni ecniaa es la apli aplica caci ción ón de pelí pelícu cula lass delg delgad adas as de metales poco corrosibles sobre aquellos otros que son susceptibles de ataques por las las cond condic icio iones nes atmo atmosf* sf*ri rica cass qu quee los los servicios imponen. #l esta esta'o 'o,, el $inc $inc,, la plat plata, a, el cadmio, el cromo, el oro, el níquel, el radio suplen esta necesidad. Algunos de estos pueden aplicarse por inmersión, tal ocurre en el esta'ado y el galvani$ado. Las pinturas, los barnices y los metales menos enos corr corros osiibles bles son son ejem ejempl plos os de protección, pero no &nicos, ya que se acude a otros sistemas defensivos, tales como el de producir sobre la superficie de un metal corrosible una capa uniforme y aderente de un compuesto estable. #l desarrollo de los recubrimientos galvánicos está estrecamente ligado al descubrimiento y evolución de las leyes de la electroquímica. #n los a'os +-/+-0 1. 2araday descubrió, en el transcurso de
sus investigaciones acerca del paso de la electricidad a trav*s de las disoluciones, que la misma cantidad de electricidad libera siempre en los electrodos pesos equivalentes de sustancias. 3osteriormente, en +-4, S. Arrenius enunció la Teoría de la disociación Electrolítica, lo que constituye la base del moderno tratamiento de los electrólitos. 3osteriores trabajos de 5. 6ancroft 7+89, :. "omson y 5. ;ernst 7+8-9, #. 5alden 7+8<=9 y 5asburn 7+8<89 enriquecieron la teoría de Arrenius para establecer los actuales fundamentos de la interacción iónica de los electrolitos con los metales. A principios del siglo pasado, el desarrollo de los recubrimientos galvánicos recibió un importante impulso con el progreso experimentado en el campo de los aceros inoxidables. #n este sentido, los resultados alcan$ados por >illette7+8<=9, 1onnart$ 7+8<9 y 3ortevin 7+8+?9 fueron definitorios, al demostrar que el carácter de inoxidabilidad de los aceros al a'adirles determinadas cantidades de cromo era el resultado de la pasivación. #n la práctica industrial, los procesos de cromado icieron su aparición el a'o +8< 72ield, +8-9 y asta nuestros días, an recibido un notorio impulso en la fabricación de componentes, pie$as y artículos de la más diversa naturale$a.
2. Método ! Técnic"
3ara el desarrollo de la metodología se tomaron en consideración los siguientes aspectos@ #l conjunto de teorías científicas básicas de la disociación electrolítica y su aplicación a los procesos de cromado de metales, los factores que influyen en la calidad de los depósitos de cromo electrolítico , las operaciones y fundamentos elementales en los procesos de cromado, los tipos de recubrimientos con cromo más comunes, el equipamiento, los implementos y materias primas necesarias para los procesos de cromado. #. Ant$c$d$nt$
#n la tabla se detalla las etapas más relevantes de esta t*cnica y los principales insumos utili$ados. #l ba'o de cromo es indiscutiblemente, entre todos los utili$ados en galvanotecnia, el mas simple y el que menos variaciones a sufrido desde que en +8< i$o su aparición en la práctica industrial, sin embargo, no faltan abundantes n&meros de fórmulas creados por numerosos investigadores con el objetivo de mejorar las condiciones de funcionamiento o modificar la estructura del depósito de cromo. Al efectuar los procesos de cromado, deben tenerse en cuenta una serie de parámetros y factores que, además de asegurar la obtención de las características deseadas en los ba'os, garanti$an que los efectos de los mismos sobre estas características sean los esperados, reduciendo al mínimo los defectos.
T"%&" I. O'$r"cion$ ! 'roc$o () i*ni+ic"ti,o d$ &" *"&,"no'&"ti"
Bperación o 3roceso 3ulido 1ecánico
Bbjetivo Bperación nsumos Cemoción de óxidos 1áquinas pulidoras o superficiales abrasivos
%ecapado
Cemoción de óxidos nmersión de las superficiales pie$as en solución acuosa de ácidos
Dcidos sulf&rico, clorídrico, fosfórico, nítrico
%esengrase
#liminación de grasas nmersión en y aceites solventes orgánicos o en soluciones alcalinas
Eidróxido de Sodio, Farbonato de Sodio, Fianuro de Sodio
#lectrodeposición de %eposición del metal nmersión de las metales en la superficie de la pie$as en soluciones pie$a de electrolitos y aplicación de tensión
;eutrali$ado #njuague
Secado
Sales metálicas en forma de cloruros, nitratos, sulfatos, cianuros
3rotección del nmersión de las Dcido crómico, acabado superficial pie$as en soluciones nítrico, cianuros neutrali$antes Cemoción de nmersión de las Cestos de los químicos de la pie$as en agua o productos superficie de las soluciones acuosas removidos y pie$as agua #liminación de la umedad del enjuague
Eornos, centrífugas, aserrín
Aire frío, caliente, aserrín
-i*ur" 1. Cu%" $&$ctrou/(ic"0 con %"rr" 'ort" $&éctrodo.
. Princi'"&$ '"r)($tro t$cno&ó*ico
d$& cro("do .1. D$nid"d d$ corri$nt$ c"tódic"
#sta no es más que la relación entre la corriente aplicada al cátodo y el área de la pie$a. La misma se calcula seg&n la ecuación +. Dc
Ic =
Sc
G HAIdmJ ..
.
.7+9
%onde@ c K Forriente catódica, A. Sc K Area de la pie$a, dm. #n sentido general, los ba'os de cromo poseen bajo rendimiento por lo que es necesario aplicar altas densidades de corriente. -i*ur" 2. E&$ctrodo.
%onde@ a K Forriente anódica, A. Sa K Area de la pie$a, dm. .#. T$('$r"tur" t$cno&ó*ic"
#s la temperatura tecnológicamente para el ba'o.
indicada
.. Ti$('o t$cno&ó*ico
#s el tiempo de duración del proceso electrolítico. #l tiempo de deposición del cromado para obtener un espesor deseado se puede calcular por la ecuación -. G HminJ
.
.7-9
%onde@ e Kespesor del recubrimiento, 7um9 p K %ensidad del cromo, <,=.e. ρ gIdm t η .k . Dc η K Cendimiento del ba'o K Fonstante electroquímica %c K %ensidad de corriente catódica, AIdm =
. R$ndi(i$nto d$& %"3o
;o es mas que la relación del metal depositado durante el cromado y la cantidad de cromo depositado. η
.2. D$nid"d d$ corri$nt$ "nódic"
#s la relación entre la corriente aplicada al ánodo y el área de la pie$a. La misma se calcula seg&n la ecuación . Da
Ia =
Sa
G HAIdmJ . .
.79
=
7m
−
m+ 9.=
k . I .t
%onde@ m K masa de la probeta cubierta, g m+ K masa de la probeta sin cubrir, g 4. M$todo&o*/" '"r" $& cro("do
Se constituye de un orden secuencial de las siguientes etapas@
4.1. Mont"5$ d$ 'i$6"
3rimeramente se reali$a el amarre o sujeción de las pie$as en los dispositivos o bastidores #ste procedimiento es el que da la posibilidad de manipular, asegurar y agili$ar todo el desarrollo del proceso en general.
ba'os alcalinos excesivo.
agotados
por
uso
4.#. En5u"*u$ c"&i$nt$.
#ste proceso es muy sencillo. #l electrolito desengrasante está contenido en una cuba de ierro, la cual act&a de ánodo. Se suspenden los artículos de una barra catódica y se ace pasar una intensa corriente. #l desprendimiento de grandes vol&menes de idrógeno lleva consigo la separación de grasas de la superficie catódica. #ste proceso tiene un tiempo de duración en el que la pie$a permanece en el ba'o de +,? a minutos. Los ba'os usados son del mismo tipo que los anteriormente indicados, lo &nico que varía son las cantidades de cada constituyente, lo que depende del metal a tratar.
%espu*s del desengrase electrolítico anódico los artículos son transferidos del ba'o a un enjuague en caliente sin p*rdidas de tiempo, para prevenir que la superficie se seque con la consecuente aparición de mancas. Aquí en este enjuague se elimina todo residuo jabonoso aderido a las pie$as. un enjuague de recuperación o económico 7enjuague sin circulación9 y luego a un doble enjuague en frío, con tiempos que variaran de + a - minutos, preparando la pie$a para el posterior proceso y para su limpie$a final. "ranscurrido el tiempo de electrodeposición del cobre, níquel, cromo, y las etapas de desengrase, y decapado, se sacan las pie$as escurri*ndolas previamente. #l objetivo de estos enjuagues es el de disponer a la pie$a en perfectas condiciones superficiales y alargar el tiempo de utilidad de las soluciones.
4.2.2. D$$n*r"$ $&$ctro&/tico "nódico.
4.. D$c"'"do u/(ico.
Aquí se presentan las mismas características del anterior desengrase, lo &nico que aquí se invierten las corrientes mediante un interruptor especial, convirtiendo la pie$a en ánodo. La ventaja de esta inmersión es la destrucción de toda capa de idrógeno aderida a la superficie del metal. #n estos ba'os se emplean soluciones de menor concentración que la de aquellos
Mna ve$ enjuagada y limpia la pie$a, se lleva a un proceso de decapado químico para la eliminación de óxidos a trav*s de una inmersión en HCl con una concentración de < a 8< gIL , equivalente a =,? N. #l tiempo de duración de esta operación es de minutos aproximadamente.
4.2 d$$n*r"$ 4.2.1. D$$n*r"$ $&$ctro&/tico c"tódico.
-i*ur" #. S"&" d$ d$$n*r"$ ! d$c"'"do u/(ico
4.. B"3o d$ co%r$ "&c"&ino ci"nur"do 7ti'o Roc8$&&$9.
-i*ur" . C8"ro&" $curridor" $ntr$ cu%"
#ste proceso tiene como fin lograr en la pie$a un alto poder de penetración y fijación de otros elementos como el níquel #ste procedimiento proporciona otra ventaja, y es que siendo aplicable directamente al ierro y al acero ace innecesaria la instalación de un ba'o ácido cuando se desee cobrear al ierro, acero u otro metal base. #ste ba'o trabaja a altas temperaturas. 1ientras más alta sea la temperatura, más rápido se descomponen los cianuros .a continuación se muestran los principales parámetros que influyen en la aplicación práctica de esta etapa.
A partir de esta fase se emplea las carolas escurridoras entre cubas, con la finalidad de devolver al ba'o las residuos de solución aderidos a la pie$a por arrastre, lao cuales vuelven a la cuba por simple escurrimiento, esta es una t*cnica muy adecuada para prolongar el tiempo &til de las soluciones
T"%&" II. 'rinci'"&$ ')r"($tro $n &" d$'oición d$& co%r$ "&c"&ino
Fomposición Fianuro de cobre Floruro de sodio Farbonato de sodio Eidróxido de sodio Sal Cocelle 3or análisis@ Fobre Fianuro libre Fondiciones@ 3, calorim*trico "emperatura Oc %ensidad AIdm Poltios
Fobre Sal Cocelle gIl gIl ,? =, --,4 -0, +? -< para 3 para 3 //////// 0? +?,4 4,?
+,4 =
+/+,= -/0+/+,? =
+/+,= ?0/4+ /0 =
4.4 N$utr"&i6"ción
Mna ve$ enjuagadas, las pie$as se sumergen en una cuba donde se le reali$a el proceso de neutrali$ación a'adiendo H SO0 7aceite de nitriolo9. #l H SO0 , al interaccionar con los álcalis que a&n se encuentran aderidos a la superficie de la pie$a provoca que estos se neutralicen entre sí.
Foncentración elevada de Sodio gIl 3otasio gIl +< =< +-? 8-,4 +? +? -< 0 //// //// 0,4 -,4
0 4,?
Q+-,< Q+-,< 4/ 4=/ -/= -/= = = #ste paso nos ayuda apreservar la concentración y pure$a de ba'os posteriores. 4.: B"3o d$ n/u$& %ri&&"nt$.
Los ba'os de níquel brillante, conocidos como los ba'os 5atts, persiguen como objetivo cubrir a la pie$a de una película de níquel para así protegerla de la acción corrosiva del medio. #s este proceso las pie$as acen función de cátodos y los ánodos son de
níquel, forrados con telas anticorrosivas, las cuales retienen los lodos. Los valores
de los principales parámetros a controlar se reflejan en la tabla .
T"%&" III. B"3o d$ n/u$& %ri&&"nt$
Fomposición Sulfato de ;i ;iSB0 =EB Floruro de ;i ;iFl =EB 2luoborato de ;i ;i76209 Dcido bórico 3or análisis. ;íquel 3 electrom*trico /baja /mediana /alta "emperatura Oc %ensidad de corriente AIdm
5atts gIl -<<
Alto cloruro gIl 0<
0?
8<
0<
////
--,4
--,4
-<
-<
44,
4?,<
4?,<
?0,4
/,? -,?/0,< 0,/?, ?0
/,? //// //// ?0
<,8/+,+ ///// ///// ?0
//// //// //// ?0
+/=
+/=
?/+<
?/+<
4.;. Cro("do d$cor"ti,o.
Mna ve$ limpias las pie$as, están en condiciones de ser sometidas al proceso de cromado. #ste se reali$a en dos ba'os con un mismo objetivo@
"odo cloruro 2luoborato gIl gIl // ////
proteger la pie$a contra la corrosión, proporcionándole a *sta un brillo especular. Los principales aspectos a considerar se detallan en la tabla .
T"%&" I<. Princi'"&$ '"r)($tro $n &" d$'oición $&$ctro&/tic" d$& cro(o
Fomposición Dcido crómico ESB0 Celación del ba'o FrB-/ ESB0 Fondiciones@ "emperatura Oc %ensidad AIdm Agitación catódica Poltios
gIl 04,? ,04
gIl -84,? -,84
gIl --4,? ,+4
+<<@+ 0-/08
+<+@+ 0-/08 <,<4
+??@+ ?0 <,<+/<,?
<,<4 #s opcional =/+
4.=. S$c"do +in"&.
%espu*s de enjuagadas, las pie$as se secan para eliminar todo indicio de umedad y permitir una acción físico/ química uniforme. #l secado puede ser
=/+
con aire a presión o en una estufa a +?< OF aproximadamente. Luego se procede al desamarre, desmontaje de los dispositivos y control de calidad.
:. Contro& d$& 'roc$o
#n la siguiente tabla se presenta los principales defectos del cromado,
sus causas y sus posibles soluciones.
T"%&" < Princi'"&$ d$+$cto $n $& 'roc$o ! 'oi%&$ ,i" d$ o&ución Defectos
Zonas sin recubrimiento
Motivos
Forma de eliminarlos
1. Baja densidad de corriente 2. Alta temperatura 3. Problemas de contacto con el cátodo 4. Trabajo no uniorme de los ánodos ". #nadecuada composici$n del ba%o
1. Aumentar la densidad 2. Disminuir la temperatura 3. Revisar los contactos con el cátodo 4. !niicar trabajo de los ánodos
&. Decapado e'cesivo 1.
Pasivaci$n supericie
parcial
de
la
2. #mpure-as en la supericie Recubrimientos con manc*as
3. #nadecuada preparaci$n mecánica /calentamiento durante el pulido0 4. Dep$sitos de cromo no eliminados 1. #ntercepci$n de la corriente durante el cromado
Recubrimientos sin brillo
2. levaci$n de la concentraci$n de r3 3. Disminuci$n de la concentraci$n de 5 4 4. Disminuci$n de la densidad de corriente ". levaci$n de la temperatura 1. Demasiada elevaci$n de la temperatura
Recubrimientos con puntos brillantes ) centro lec*oso
Recubrimientos con aristas mates :uemadas ) centros brillantes
2. 8olpe de corriente mu) pobre 3. Disminuci$n de la densidad de corriente 4. oncentraci$n del ba%o con bajo poder de penetraci$n 1. Temperaturas mu) bajas 2. levaci$n de la densidad de corriente 3. 8olpe de corriente mu) alta
". !niicar el contenido &. (eriicar composici$n ) tiempo de decapado 1. +o aplicar enjua,ue caliente antes del cromado 2. ejorar la limpie-a en la supericie cat$dica 3. Pulir con cuidado desen,rasar ) decapar cuidadosamente 4. liminar totalmente la capa de r. 1. Problemas de contacto o alimentaci$n de corrientes a las cubas 2. (eriicar el r3 con el acr$metro 3. A%adir 5 426 se,7n análisis 4. orre,ir los parámetros del proceso ". Disminuir ) re,ular la temperatura 1. Disminuir la temperatura 2. #ncrementar ) alojar el ,olpe de corriente 3. levar la densidad de corriente 4. levar el r &9 ) disminuir el contenido de 5 426 1. #ncrementarla de 2 en 2 ;. 2. Reducci$n del amperaje 3. Reducir el ,olpe de corriente
;. conc&uion$ S$ plantea
a trav*s de esta investigación una variante metodológica para desarrollar el cromado electrolítico de metales en la ciudad de Loja #stos procedimientos involucran operaciones en las que se utili$a gran cantidad de sustancias químicas y se producen residuos contaminantes que afectan el agua, el aire y el suelo. 3or lo que debe estar ligado a una estrategia ambiental adecuada para reducir las emisiones. Los procesos galvanot*cnicos no involucran el uso de una tecnología sofisticada@ los tanques o cubas que utili$an para reali$ar cada una de las etapas del proceso no an cambiado substancialmente en su dise'o pero si en los materiales de construcción, ya que con el desarrollo de resinas y plásticos de alta resistencia química, se an reempla$ando las viejas cubas de concreto, madera o encapadas en plomo por cubas en ierro recubiertas con resina refor$ada con fibra de vidrio, con el objeto de disminuir los efectos del ataque químico. #n general, los procedimientos tienen como finalidad modificar las propiedades de la superficie de los metales y estas pueden estar asociadas a motivos decorativos o funcionales dentro de los cuales se encuentran@ +. Aumento de resistencia a la corrosión . Aumento de resistencia al ataque de sustancias químicas -. ncremento de la resistencia a la fricción y al rayado 0. 1ejoramiento de propiedades el*ctricas o mecánicas ?. 1ejoramiento de propiedades ópticas =. Bfrecer sustrato de anclaje de pinturas 4. #jercer lubricación #ntre cada una de las etapas es necesario reali$ar un enjuague con •
•
•
= R$co($nd"cion$ •
•
•
•
•
agua limpia, bien sea por inmersión o por aspersión para remover las tra$as de soluciones que quedan aderidas a la pie$a y de esta manera no contaminar los ba'os de la etapa posterior. Mn taller de galvanotecnia debe disponerse de tal manera que ofre$ca las mejores condiciones de trabajo, en donde se garantice una excelente ventilación, esto minimi$a los efectos de los gases desprendidos en esta actividad.
•
•
•
#stablecer adecuados instrumentos para la medida de parámetros fundamentales como la intensidad de corriente y el tiempo. Cesguardar los componentes químicos y clasificarse de acuerdo al grado de peligrosidad. %ise'ar y establecer un plan de mantenimiento de equipos de acuerdo a una programación de la producción, con el fin de evitar emergencias, accidentes, escapes y derrames o fallas de los equipos, mediante el cequeo y revisión de bombas, válvulas, estanques, filtros, equipo de seguridad, entre otros. #stablecer un manual centrali$ado de catálogos y documentos relacionados con los equipos del proceso. Perificar periódicamente y en forma programada que las partes y pie$as de los equipos se encuentren en buen estado. Fapacitar al personal que labora en estas instalaciones, en cuanto a la materia de seguridad, prevención de accidentes y enfermedades ocasionadas por estos procesos. %esarrollar una distribución metódica de las cubas, con respecto a esta actividad, con la finalidad de
•
disminuir en la mayor cantidad el derrame de las soluciones debido al arrastre de excedentes en la pie$a. Se deben colocar carolas escurridoras entre las cubas, de esta manera se minimi$a la p*rdida de insumos, y se disminuye la contaminación de otras cubas, alargando la utilidad de las soluciones.
1>. R$+$r$nci" 1.
P. Scorcelletti, #lectroquímica teórica, 7PIB Pnestorgi$dat, 1osc&, +84?9 pp. ?/=8
2.
#. Sanc*$.@#. 2leites, ( 3royecto de moderni$ación del taller de >alvanotecnia de la empresa ;3M% +ro de 1ayo), 7 "esís, #scuela de 1etalurgia, nstituto superior 1inero 1etalurgico de 1oa, Fuba, +8809
#.
A. Pela$que$, (2ragili$ación de la aleación EE por precipitación de fases sigma), 7 %isertación %octoral, escuela de ngenieria 1ecanica, nstituto Superior 1inero 1etal&rgico de 1oa, Fuba <<9 pp =/40.
