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Sistemas Zinc Níquel, la elección adecuada en contra de la corrosión.

Juan Carlos Espejel

Servicio Técnico México

A Platform Specialty Products Company.

11 Anti Corrosión: PrincipiosAnti Corrosión: Principios

AgendaAgenda

22 Electrodepósito (Zn, ZnNi)Electrodepósito (Zn, ZnNi)

55

Post tratamiento (pasivados)Post tratamiento (pasivados)

Sujetadores ( características , Torque & Tension) Sujetadores ( características , Torque & Tension)

33 Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi

44


Oxidación del Fe mediante reducción de O2.

O2 + H2O + 4e-

Fe2+ + 2e-

⇌

4OH-

Fe

Anti Corrosion: PrincipiosCorrosión del fierroAnti Corrosion: PrincipiosCorrosión del fierro


Zinc: capa de sacrificio, protección catódica del material base.

La capa de sacrificio se corroe, y el metal base se protege!

O2 + H2O + 4e-

⇌ 4OH-Zn2+ + 2e-

Zn

Fe

Anti Corrosion: PrincipiosProteccion catódicaAnti Corrosion: PrincipiosProteccion catódica


Zinc + passivado ( barrera ) : Protección a largo plazo.

Zn

Fe

Passivate/sealer

Anti Corrosion: PrincipiosPc + barrera de proteccionAnti Corrosion: PrincipiosPc + barrera de proteccion

A Platform Specialty Products Company.Espesor [µm]

hora

s (A

ST

M B

117)

Anti Corrosion: PrincipiosCorrosión roja vs EspesoresAnti Corrosion: PrincipiosCorrosión roja vs Espesores


El método de aplicación depende de la geometría y características de la pieza.

Rack Barril

Electrodepósito (Zn,ZnNi)Electrodepósito (Zn,ZnNi)


Puntos críticos que requieren especial atención:

� Poros (Hierro fundido/cast iron)

� Diferentes tipos de suciedad

� Bordes afilados

� Aleaciónes críticas (Mn- Fierro)

� Piezas soldadas (Latón, cobre, soldadura de plata)

La calidad en el metal base puede causar varios defectos¡¡

Electrodepósito (Zn, ZnNi) Pre-tratramientoElectrodepósito (Zn, ZnNi) Pre-tratramiento

Calidad del metal base


Pre-tratamiento es el paso más importante para crear una superficie limpia y

activa

Desengrase inmersión

Desengrase electrolitico

Decapado

Desengrase electrolitico

Activación

5 Pasos en

Pretratamiento

Ayuda a mantener la

calidad constante

Electrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamientoElectrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamiento

Electroplating(Metal

deposition)

Post-treatment

(final finishes)


Con el adecuado pre-tratamiento se logra una calidad consistente.

Además de aumentar estabilidad en el proceso.

Después de decapado – Sin

inhibidor

Después del D.electrolitico Después de Zinc Níquel

Brilloso

Mate

Ejemplo en aplicación de barril.

Después de decapado – Con inhibidor

Electrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamientoElectrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamiento


La estructura superficial producida en ambos acabados es diferente

3D

Superficie de zinc alcalina Superficie de zinc ácido

Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.5 1 1.5 2

pla

tin

g r

ate

/ µ

m/m

in

A/dm²

Zn ácidoZn alcalino

Zinc ácido da una velocidad de depósito mayor (más rápido)

2H3O+ + 2e-

⇅

H2↑+ 2H2O



MP3

MP2

MP4

MP1

MP5X

X

X

X

X

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6

d(Z

n)

/ µ

m

Punto de medición

Zn Acido Zn Alcalino

Zn Alcalino – da mejores características de distribución!



Zinc Acido Zinc Alcalino

Incremento en capacidad con mas piezas colgadas

Zinc Alcalino es más lento.



*14 % de aleación de

Níquel

ZnNi Acido ZnNi Alcalino

Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino


Se necesita un equipo eliminador de carbonatos para mantener la eficiencia del proceso.

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60 80 100 120 140 160 180

Efi

cen

cia

en l

a co

rrie

nte

A/d

m²)

/ %

Carbonato (sal total) / g/l



Zinc Níquel Alcalino75 min

ZnNi Acido42 min

ZiNi alcalino con mejor distribución - ZiNi ácido más rápido.



Zinc Níquel Alcalino

Puntos fuertes : distribución de metal, facilidad de colgado y buena pasivaciónDebilidad : velocidad de depósitoIdeal para : para piezas largas y complejasEquipo : movimiento mecánico ó por venturi, equipo para eliminar carbonatos

, generador de zinc



Zinc Níquel Acido

Puntos fuertes : Alta velocidad de depósito y eficiencia, depósito muy brillanteDebilidad : Características de distribuciónIdeal para : Pequeños tornillos, sujetadores y material base difícil (cast)Equipo : Ánodos de Zn & Ni , 2 rectificadores, se recomienda tecnología de

membrana



Podrían requerirse diluciónes

Tal vez de 0 - 2/Año

Tendencia de pasivación de

anodosIncremento de metal znDesperdicio en ánodos

Se requiere mantenimiento semanal

se podría perder de 40-60% en eficienciaSe requiere reactivación

Tal vez de 1-3/Semana

Desventaja general en zinc níquel ácido

Aunque¡¡ Ya existen nuevas tecnología para evitar estas desventajas y lograr ahorros significativis

en este proceso¡¡



� Incrementando demanda en calidad

� Periodos de garantía extendidos

� Más diseño en piezas relevantes

� Ligeros – alta resistencia

Fuerte tendencia hacia depósitos de Zinc-Níquel!

Con el incremento en la demanda de Calidad – el cambio es hacia Zinc Níquel

Cri

sis

eco

nó

mic

a

Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi


Ni Zn

Zn2+Zn2+

Zn2+

Zn2+

Zn2+

Zn2+

Zn2+

Zn2+

Ni2+Zn2+

Ni2+

Ni2+Zn2+

Zn2+Ni2+

Ni2+



ZnNi14 % Ni:

aprox 0.01 µm/h ISO 9227 NSS

α�

Mejor protección a la corrosion 12 – 16 % Niquel.

Tie

mp

oa

CR

, IS

O 9

227

NS

S /

Ho

urs



Nivel de protección deseado – Zinc ó Zinc-Niquel

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Zn ZnNi

Ho

ras

en I

SO

922

7 N

SS

Weissrost

Rotrost

8 µmISO 9227 NSS

8 µmISO 9227 NSS

Protección a la corrosión - Zinc-Niquel más alto que Zinc.

Corrosion balncaCorrosión roja



Dureza de la capaZinc: 100 HV.Zinc-Fierro(0,5 – 1% Fe): 150 – 200 HV.

Zinc-Níquel (14% Ni): 500 – 550 HV

Zinc-Niquel: conserva mejor protección a la corrosion, aún después de esfuerzo

mecánico



Parametro ZnNi alcalino base Potasio

ZnNi alcalino base Sodio ZiNi Acido

Efficiencia 60 - 75% 55 - 65% 90%

Velocidad de depósito a 0.5 A/dm2 0.15 – 0,16 µm/min 0.14 – 0.15 µm/min 0.13 – 0.18 µm/min

Distribución de metal

4A/dm2 : 0.5 A/dm2

3 – 3.5 : 1 3 – 3.5 : 1 6 - 9 : 1

Cobertura Muy buena Muy buena Buena

Distribución de aleación Muy buena Muy buena Buena

Conductividad 300 mS/cm 220 mS/cm > 400 mS/cm

Brillo Brillante Brillante Muy brillante

Temperatura de opercaión 23 - 35 °C 25 - 30 °C 30 - 38 °C

Medidas para mantener la eficiencia Alimentación & Purga Remoción de Carbonato / Sulfato Sistema de membrana

Resistencia a corrosión ISO9227 >1000h >1000h >1000h

Anodo Acero Inoxidable Acero Zinc and Níquel

Rectificador 8 – 15 V 12 – 18 V 2 rectificadores por estación 8 – 10 V

Tanque de disolución de zinc Si. 10 – 20% del volúmen de

solución de trabajo

Si. 10 – 20% del volúmen de solución

de trabajo

No

Equipo para eliminar carbobatos No recommendado No



� El depósito de Zinc-Níquel se conoce por tener estructura microcrackeada,la cual permite al Hidrógeno escapar fácilmente fuera del metal base porefusión.

� Las últimas pruebas muestran que esto tiene un impacto menor. El factormás importante es, que el electrolito de ZnNi va a depositar una capa inicialdelgada de puro Ni.

� Níquel se conoce como una barrera para el Hidrógeno

Efusión de hidrógeno



Fractura causada por fragilización de hidrógeno



1000 MPa 1400 MPa

El uso de acero de alta resistencia en la Industria Automotriz está incrementando! ZnNi: excelentes

propiedades con respecto a fragilización por hidrógeno.

� Elementos de fijación de alta resistencia (>1000 N/mm²) • 10.9 y más altos son suceptibles a fragilización

� Aluminio 60 % peso del acero 130 % más caro� Acero de alta resistencia 80 % peso del acero 115 % más caro

28 %

less weight

Reducción de emisiónes de CO2

“La industria automotriz está incrementando la relación de peso ligero de 30 a 70 %

para 2030 (high strength steel considered lightweight material)”*

*McKinsey report “Lightweight Heavy impact”



Éxito de zinc níquel (12-15%) en piezas de sujeción (Fasteners)

Zinc niquel (12-15%)

Corrosion (NSS) > 1000 h

Conductividad +

Resistencia a la abrasión ++

Dureza 500 – 550 HV

COF Adjustable

Adhesion ( pintura, caucho) ++ (Sin sello)

Riesgo de rellenar la cabeza del tornillo

++

Compativilidad galvánica a Al ++

Riesgo de fragilización por hidrógeno

Horneo requerido para 10.9 y más

Resistencia a la temperatura + (mas de 590 F)

� Resistencia a la abrasion y daño mecánico

– Alto desempeño contra la corrosion

� Cambio en tecnología de ensamble

– E.g. Tornillos de rosca corte

� Se incrementa el uso de aluminio

– Reducción de peso en el vehículo



La eleción de los pasivados depende de los requerimientos – resistencia a la corrosión y

apariencia descrita en especificaciónes .

Post-tratamientoPasivadosPost-tratamientoPasivados


Zinc & Sistemas de pasivado

� Alto cianuro

� Cromatos ( Cr VI)

NSS requerido144hrs

� Medio/bajo cianuro

� Cromatos (Cr VI)

NSS requerido 250hrs

� Alcalino No cianurado

� Cromatos ( Cr VI)

� Sello (Acabado final)


1960’s 1980’s 1990’s 2000

� Primeros sistemas de ZnNi

� Pasivados ( Cr III)

� Sello (Acabado final)

NSS requerido1000hrs

Desde 2010

� Zn or ZnNi

� Pasivado ( Cr III) libre de Co

� Alto desempeño en sellos


Impacto REACH a través de los años

• Para acabados anticorrosion

Las desiciónes de la REACH son difíclies de predecir . Algo si es seguro:

Los requerimientos de resistencia a la corrosion siguen aumentando!



0

100

200

300

400

500

600

700

Hou

rs to

5%

whi

te rus

t

Zn +Cr6

Zn +Cr3

ZnFe +Cr6

ZnFe +Cr3

ZnNi +Cr6

ZnNi +Cr3

No thermal shock

After thermal shock

ISO 9227 NSS; Hexavalente VS Trivalente

Sistemas trivalentes mas resistentes al choque termico.



Coefficient of friction

Friction properties in service life

Breakaway torque

Stick slip behavior

Contact resistance

Accuracy to size

Mechanical resistance

SujetadoresCaracteristicasSujetadoresCaracteristicas

Heat loosening

Chemical resistance

Color fastness

Thread lockcompatibility

Galvanic coupling

Decorative appearance

Low finishing cost!!


La protección siempre excede las especificaciones.

Resistencia quimicaProtección a la corrosion

Brake

fluid

DOT 4

Washer

fluid

SujetadoresCaracteristicasSujetadoresCaracteristicas


Zn-Ni Tecnologia probada.

SujetadoresAutoperforantesSujetadoresAutoperforantes


• Requieren de bajo coeficiente de fricción :

SujetadoresAutoperforantesSujetadoresAutoperforantes


La fricción necesita ser en un punto especifico.

Prioridad #1 la caracteristica consistente!

MAFV =

μ

SujetadoresTorque & TensionSujetadoresTorque & Tension


Porque es importante el control de Friccion?

El control de fricción es importante para lograr la fuerza de sujecion requerida en un ensamble.



• Pruebas de especificacion (Condición de la superficie de

apoyo y tuerca)

• Procesos

• Recubrimientos Zinc Niquel

• Passivado

• Modificador de fricción

TNT

Lo que influye en CoF



Torque & Tension



Gracias por su atención!

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www.zinklad.com

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