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Procesos de Modificación de Superficies
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Agradecimiento:
Este presente trabajo agradecemos a nuestros padres y familiares por el apoyo tanto moral y económico para seguir estudiando y lograr nuestros objetivos trazados a futuro.
A la Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión porque nos está formando para un futuro como Ingeniero Civil.
De igual manera a nuestros
Procesos de Modificación de Superficies
INDICE
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………………………. 5
RECUBRIMIENTOS METALICOS POR INMERSION EN CALIENTE
GALVANIZACION DE ACERO ……………………………………………………………………………………… 6
¿COMO FUNCIONA?.………………………………………………………………………………………………….. 6
ZINC…………………………………………………………………………………………………………………………. 7
PROCESO DE GALVANIZACION
DESENGRASE……….………………………………………………………………………………………………….. 8
DECAPADO……………………………………………………………………………………………………………….8
BAÑO DE SALES………………………………………………………………………………………………………….9
SECADO EN AIRE CALIENTE.…………………………………………………………………………………….. 10
GALVANIZADO………………………………………………………………………………………………………….10
ENFRIAMIENTO………………………………………………………………………………………………………….10
PROPIEDADES DEL ACERO GALVANIZADO………………………………………………………………….. 11
APLICACIONES………………………………………………………………………………………………………….12
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Agradecimiento:
Este presente trabajo agradecemos a nuestros padres y familiares por el apoyo tanto moral y económico para seguir estudiando y lograr nuestros objetivos trazados a futuro.
A la Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión porque nos está formando para un futuro como Ingeniero Civil.
De igual manera a nuestros
Procesos de Modificación de Superficies
INTRODUCCIÓN:
Un modo de para aprovechar la alta resistencia mecánica de materiales como el acero, en
ambientes calificados como corrosivos, es su protección superficial con otros metales con
comportamiento más resistente a esos ambientes corrosivos.
Uno de los métodos económicos y, por tanto, de gran aplicación industriales la inmersión del
acero en un baño liquido de metal protector el tiempo necesario para procurar el proceso de difusión y,
por tanto, la adherencia de la capa de recubrimiento que queda después de su solidificación.
Los metales o aleaciones del recubrimiento deben cumplir los requisitos siguientes:
1. pasivación en el ambiente corrosivo.
2. posibilidad para conformar aleación con el acero, lo que justifica por su difusión las
temperaturas del proceso.
Los metales cumplen con estos requisitos son variados. En el caso del acero podemos citar al
zinc, aluminio, y cadmio como más electronegativos, y el estaño, níquel, cobre, cromo etc. como menos
electronegativos.
El mecanismo de protección contra la corrosiones diferente según el nivel electronegativo. Los
más electronegativos que el acero lo protegen por protección catódica: el recubrimiento transforma en
ánodo las partes descubiertas, por poros o por rallado, de la superficie de acero. los menos
electronegativos que el acero protegen por efecto barrera, quedando como ánodo los poros o rallas que
pueden aparecer en el proceso corrosivo del acero.
El ámbito de aplicación es muy amplio: tuberías, estructuras, chapas de carrocería son de
chapa galvanizado; tubos de escape de automoción recubiertas de aluminio; botes de reserva recubiertas
de estaño etc.
El galvanizado o galvanización es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir
un metal con otro.1 se denomina galvanización pues este proceso se desarrolló a partir del trabajo
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de Luigi Galvani, quien descubrió en sus experimentos que si se pone en contacto un metal con una pata
cercenada de una rana, ésta se contrae como si estuviese viva; posteriormente se dio cuenta de que cada
metal presentaba un grado diferente de reacción en la pata de rana, lo que implica que cada metal tiene
una carga eléctrica diferente.
Más tarde ordenó los metales según su carga y descubrió que puede recubrirse un metal con
otro, aprovechando esta cualidad (siempre depositando un metal de carga mayor sobre otro de carga
menor).
De su descubrimiento se desarrolló más tarde el galvanizado, la galvanotecnia, y luego
la galvanoplastia.
RECUBRIMIENTOS METALICOS POR INMERSION EN CALIENTE
GALVANIZACION DE ACERO
El Galvanizado por inmersión en caliente es un proceso industrial destinado a proteger contra la corrosión a una gran variedad de productos de hierro o acero. Este proceso se logra a través de la inmersión de los materiales en un baño de zinc fundido, permitiendo un recubrimiento de éste, que no solo se deposita sobre la superficie, sino que forma una aleación zinc hierro de gran resistencia a los distintos agentes de corrosión de la atmósfera, el agua o el suelo.
COMPOSICIÓN QUIMICA0.15% Carbono0.60% Manganeso0.30% Potasio0.035% Azufre
¡CÓMO FUNCIONA?Una forma de evitar el óxido o corrosión, es cubrir la superficie con una barrera impermeable para evitar que la humedad o el aire llegue al metal. Las capas de pintura lo consiguen hasta cierto punto, pero no son eternamente impermeables a la humedad y se deterioran con el tiempo, permitiendo con el paso de la humedad que el metal empiece a oxidarse y se deteriore rápidamente. El galvanizado provee un recubrimiento tenaz de zinc metalúrgicamente unido que cubre completamente la superficie del acero con una capa de aleación zinc-hierro la cual tiene mayor dureza que el acero base. Esto provee una capa exterior de una adhesión más fuerte y una excepcional resistencia a la abrasión.
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Una característica adicional del Galvanizado por Inmersión en Caliente es que la capa de zinc-hierro crece perpendicularmente a la superficie del acero. El efecto que esto tiene en las esquinas y aristas de los materiales es que el recubrimiento ahí es generalmente más grueso que en el recubrimiento de alrededor. Esto es un marcado contraste hacia otros tipos de recubrimientos protectores que tienden a adelgazarse en las esquinas de los materiales.
Por todo lo anterior, el galvanizado resulta más resistente al deterioro físico que una capa de pintura. Además la totalidad de la superficie de las piezas queda recubierta tanto interior como exteriormente. Igualmente ocurre con las rendijas estrechas, los rincones y las partes ocultas de las piezas, que no quedan bien protegidas por otros tipos de recubrimientos.
zinc
El cinc es un metal o mineral, a veces clasificado como metal de transición 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 físicas y químicas de éste (contracción lantánida y potentes efectos relativistas sobre orbitales de enlace). Es el 23º elemento más abundante en la Tierra y una de sus aplicaciones más 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 óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión. Prácticamente el único estado de oxidación que presenta es el +2. En el año 2004 se publicó en la revista Science el primer y único compuesto conocido de cinc en estado de oxidación +1, basado en un
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complejo organometálico con el ligando pentametilciclopentadieno. Reacciona con ácidos no oxidantes pasando al estado de oxidación +2 y liberando hidrógeno y puede disolverse en bases y ácido acético.
PROCESO DE GALVANIZACIÓN
1. DESENGRASE - SOLUCIÓN ALCALINA.
Para asegurarse de que el producto entregado por el cliente no presente algún resto de grasa o aceite impregnado en su manufactura, las piezas se someten a desengrase en soluciones alcalinas calientes. La limpieza alcalina es empleada para remover una variedad de sólidos, aceite y grasas que vienen sobre la lámina. La remoción de aceites pesados generalmente requiere de un tanque de pre limpieza para prevenir la contaminación del limpiador alcalino. La agitación en el tanque desengrasante acelera la acción de limpieza.
▪ Típicos componentes del desengrasante:
Agentes humectantes, bajan la tensión superficial y mejoran la acción de limpieza
Hidróxido de sodio saponifica y suministra alcalinidad.
Meta silicato de sodio emulsificador y suministra acción buffer.
Fosfatos suavizan la dureza del agua y asiste la emulsificación.
Jabones para emulsificar los sólidos.
2. ENJUAGUE EN AGUA - LAVADO.
Después del desengrase el producto se enjuaga en un baño de agua para evitar el arrastre de las soluciones de desengrase a la etapa siguiente.
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3. DECAPADO - ÁCIDO CLORHÍDRICO.
El decapado sirve para eliminar el óxido y la calamina, que son los contaminantes superficiales más corrientes de los productos férreos y obtener así una superficie de acero químicamente limpia. Se realiza con ácido clorhídrico diluido y a temperatura ambiente. El tiempo de decapado depende del grado de oxidación superficial de los productos y de la concentración de la solución de ácido. Es un proceso empleado para remover óxido y calamina superficiales de la lámina y suministrar una superficie uniforme. La concentración de trabajo varía entre 8 y 12% HCl y la temperatura máxima de operación son 120 F. El ácido clorhídrico se consigue comercialmente entre un 32-33%, su almacenamiento debe hacerse en tanques de fibra de vidrio. El ácido clorhídrico es altamente volátil y genera grandes cantidades de vapores aun a temperatura ambiente; los factores que afectan la rata de decapado son:
▪ Tiempo de exposición de la lámina en la solución ácida.
▪ Temperatura del baño.
▪ Concentración de la solución (el rango de concentración en la que el ácido tiene su mayor actividad es entre 5-25%).
▪ Agitación
▪ Selección y concentración del inhibidor
▪ Concentración de hierro
4. ENJUAGUE EN AGUA - LAVADO.
Después del decapado los productos se enjuagan en un baño de agua para evitar el arrastre de restos de ácido a las siguientes etapas del proceso.
5. BAÑO DE SALES.
El tratamiento con sales (mezclas de cloruros), tiene por objeto eliminar cualquier residuo restante de impurezas y producir una limpieza intensa de la superficie metálica. Estas sales se aplican por inmersión de los productos en una
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solución acuosa de las mismas, y favorecen la impregnación del zinc fundido con la superficie del acero.
6. SECADO EN AIRE CALIENTE.
Los productos mojados por la solución acuosa de las sales del flux, debe secarse antes de su introducción en el baño de zinc, lo que se realiza en un foso de secado con aire caliente.
7. GALVANIZADO - BAÑO DE ZINC.
La operación de galvanización propiamente dicha se realiza sumergiendo las piezas en un baño de zinc fundido, a temperatura comprendida entre 440°C y 460°C. La calidad mínima del zinc es especificada por la mayoría de las normas internacionales. Durante la inmersión de los productos en el zinc fundido se produce la difusión del zinc en la superficie del acero lo que da lugar a la formación de diferentes capas de aleaciones zinc - hierro de distinta composición. Cuando los productos se extraen del baño de galvanización, éstos quedan recubiertos de una capa externa del baño de zinc. El tiempo durante el que los productos deben estar sumergidos en el baño de zinc, para obtener un recubrimiento galvanizado correcto, depende, entre otros factores, de la composición del acero, de la temperatura del baño de zinc, y del espesor del acero de los productos. En cualquier caso, los productos deben estar sumergidos en el zinc hasta que alcancen la temperatura del baño.
8. ENFRIAMIENTO.
Una vez fuera del baño de galvanización los productos pueden enfriarse en agua o dejarse enfriar al aire. A continuación pasan al área de acabado para eliminar rebabas, gotas punzantes y adherencias superficiales de cenizas o restos de sales y finalmente, se someten a inspección. Los recubrimientos galvanizados sobre artículos diversos deben cumplir una serie de requerimientos sobre aspecto superficial, adherencia y espesor
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que vienen especificados en las normas. Por último los productos se pesan para determinar su precio.
PROPIEDADES DEL ACERO GALVANIZADO
Resistencia a la abrasión
Resistencia a la corrosión
Las principales ventajas de los recubrimientos galvanizados pueden resumirse en los siguientes puntos:
Duración excepcional
Resistencia mecánica elevada
Protección integral de las piezas (interior y exteriormente)
Triple protección: barrera física, protección electroquímica auto curado
Ausencia de mantenimiento
Fácil de pintar
APLICACIONES
Se utiliza como materia prima en la industria de refrigeración, construcción, automotriz y metalmecánica en general.
Poste de alumbrado
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Puentes
Techos
Carreteras
Estructuras
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