Marcelino Rivera Hernandez Ing. Industrial “A”Aplicaciones del Zinc

Galvanizado por inmersión en caliente

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. Proceso:

COLGADO DE LAS PIEZAS

El producto propiedad del cliente es recibido por el área de producción y embarque asignándole un Rack enumerado y de acuerdo al tipo de producto se le determina la inclinación o arreglo para su respectivo colgado e iniciar el proceso de producción.

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.

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.

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.

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.

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 solución

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acuosa de las mismas, y favorecen la impregnación del zinc fundido con la superficie del acero.

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.

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.

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 que vienen especificados en las normas. Por último los productos se pesan para determinar su precio.

Zincado electrolítico

Consiste en un recubrimiento metálico de zinc que se aplica por vía electrolítica. Como es sabido el zinc es el componente más utilizado para el recubrimiento de piezas de acero tanto por su capacidad anticorrosiva como por su versatilidad y precio. Se obtiene así una capa con un reparto excelente y homogéneo.

En el proceso de zincado electrolítico, también llamado electrozincado, se deposita la capa de recubrimiento de zinc mediante electrolisis, introduciendo la pieza en una disolución acuosa de sales de zinc en presencia de corriente

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continua. En este caso no se originan aleaciones con el acero base, por lo que no aparecen estas capas intermedias de transición.

Los recubrimientos obtenidos mediante electrozincado se suelen aplicar acompañado finalmente de una etapa de pasivación y/o sellado de capa, que no deja de ser un tratamiento para aumentar la protección anticorrosiva, además de determinar el aspecto final de la pieza, ya que el pasivado cambia el color de la pieza y admite la aplicación de lacados.

Los espesores obtenidos por este procedimiento son sensiblemente inferiores a los obtenidos por un proceso de galvanización en caliente, por lo que su uso queda muy limitado a espacios interiores, o bien su uso se complemente con una protección adicional mediante capa de pintura. Generalmente los espesores normales del recubrimiento que se obtienen por este procedimiento son del rango de 5-25 µm para procesos en discontinuo, y de 2,5-10 µm en continuo. No obstante la adherencia de la capa de zinc depositada al sustrato de acero es buena y presenta un aspecto superficial liso y brillante.

La normativa de referencia y aplicable a este procedimiento es la UNE EN 12329 para procesos en discontinuo y la PNE-Pr EN 10152 para procesos en continuo.

Metalización por zinc

La Metalización es un proceso metalúrgico para añadir a un cuerpo metálico capas de metales a manera de recubrimiento, con el propósito de crear en él propiedades de resistencia a la corrosión mejores que los de un metal uniforme.

En este caso el zinc fundido u otra aleación como zinc-aluminio, es rociado sobre el acero en pequeñas gotas. Esto se realiza con el uso de una pieza especial que funde el zinc proveniente de barras o en polvo y lo vaporiza en pequeñas gotas sobre la superficie. Efectivamente, en este procedimiento de recubrimiento el zinc, en forma de alambre o polvo, alimenta una pistola de proyección en la que es fundido por la presencia de un arco eléctrico o de una llama, y se proyecta sobre la superficie del substrato con ayuda de un gas pulverizador.

De esta forma, se deposita una capa de zinc porosa y rugosa, la cual tiene un espesor que está entre las 25 y 90 micras dependiendo del deseo del aplicador. En algún caso especial es posible aplicar capas más finas, pero en perjuicio de las propiedades mecánicas. A continuación se plantea esquemáticamente la construcción de la capa de zinc:

1. Movimiento de las partículas de zinc fundido al sustrato.

2. Colisión y dispersión de las partículas sobre el sustrato.

3. Transferencia del calor al metal base.

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4. Solidificación e incrustación del material rociado.

La adhesión de la capa de metal sobre el sustrato ocurre por anclaje mecánico y micro juntas. En este procedimiento tampoco se origina aleación con el acero base, y aunque los recubrimientos que se puedan obtener pueden ser importantes, del orden de 80-150 µm, la uniformidad de éstos va a depender mucho de la habilidad del operario y de la geometría de la pieza.

Este proceso sigue la siguiente secuencia operativa y de preparación previa:

Para conseguir una aceptable unión mecánica es necesario someter a la superficie a metalizar a una limpieza previa por chorreo abrasivo. Este proceso es necesario para obtener un buen anclaje entre la capa de metal y el sustrato, donde se consigue eliminar todo contaminante de la superficie, y el mejor sistema para la limpieza del acero es sin duda alguna, el chorreado abrasivo. El chorreado abrasivo, consiste en la proyección de granalla, a alta velocidad y con una elevada energía cinética contra las superficies de acero a limpiar. El impacto de la granalla abrasiva provoca no solo el desprendimiento de los contaminantes del acero, como restos de óxido, pintura y otras sustancias presentes, sino que también modifica su superficie dejando una cierta rugosidad. Esta rugosidad favorece un perfecto anclaje de las capas de recubrimiento sobre la superficie. El grado de limpieza recomendado es el Sa3. Posteriormente, mediante el proceso de termorrociado o metalización se recubre la superficie a tratar con una capa metálica que puede ser de zinc, aluminio, aleación de zinc-aluminio y otros metales.

A continuación se le somete a la pieza a un proceso de sellado de la superficie metalizada, mediante la aplicación de una mano con un sellador adecuado. Por último, el proceso termina con la aplicación de una pintura de acabado.

Todo este proceso de la metalización se realiza en una cabina de metalizado. Se trata de una cabina confeccionada para tal fin que cuenta con sistemas de aspiración y filtrado similares a los del proceso de granallado, evitando de este modo la salida de polvo a la atmósfera y realizando con este proceso un tratamiento anticorrosivo a la pieza de lo más eficaz que existe hasta el momento en el mercado. Este tipo de metalizado está utilizándose en las más altas tecnologías, como por ejemplo en sectores aeroespaciales, plataformas petrolíferas, aeronáutica, eólica, etc…

Los recubrimientos obtenidos por esta técnica presentan cierta porosidad, por lo que es recomendable aplicar posteriormente barnices sellantes sobre los mismos. La norma de referencia para este procedimiento es la UNE EN 22063 y la ISO 2063 "Recubrimientos de zinc, aluminio y sus aleaciones mediante metalización por termorrociado sobre hierro y acero al carbón".

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Recubrimientos con polvo de zinc

Sherardización:

Consiste en recubrir con una capa protectora de zinc las piezas de acero por medio del calentamiento simultáneo con polvo de zinc. La sherardización es un proceso de difusión en fase sólida, donde las piezas pequeñas se tratan en tambores giratorios con una mezcla de polvo de zinc, sílice y/o carborundo, a temperaturas entre 380 400 º C por debajo de la temperatura de fusión del zinc. Esto inicia un proceso de difusión que forma una capa uniforme y dura de una aleación hierro-zinc, resistente al calor y a la abrasión y con una excelente resistencia contra la corrosión.

La sherardización se utiliza primordialmente para el recubrimiento de pequeños artículos de ferretería y de piezas para equipo eléctrico. Los recubrimientos obtenidos por este método aunque son bastante resistentes a la acción atmosférica en la intemperie, son menos resistentes que los recubrimientos electrolíticos de zinc. La esencia del proceso tecnológico de la sherardización consiste en lo siguiente:

Las piezas con la superficie limpia de óxidos e impurezas, junto con polvo de zinc y polvo de óxido de zinc, se cargan en un tambor. La proporción a emplear aproximadamente es por cada 100 kg de piezas cargadas se introducen de 5 a 10 kg de mezcla, compuesta por 90% de polvo de zinc y 10% de óxido de zinc. El óxido se incluye para evitar la sinterización de la mezcla.

Posteriormente el tambor, con las piezas y la mezcla, se calienta en un horno eléctrico o de gas hasta alcanzar los 440°C. Bajo esta temperatura el proceso se prolonga durante 2-4 horas.

Después de ese tiempo, el tambor se enfría hasta la temperatura normal y se descarga.

En el proceso de sherardización mientras más alta es la temperatura y mayor el tiempo de permanencia en el tambor, más gruesa es la capa de recubrimiento. Para recubrir piezas de serie (tuercas, tornillos etc.) se considera como suficiente un espesor de 0.05-0.06 mm.

En estas condiciones, aplicando este procedimiento sí se origina aleación con el acero base, y los espesores de las capas de aleación hierro-zinc sobre la superficie del acero son variables dependiendo de la temperatura y duración de los tratamientos, oscilando entre 15-45 µm, similares a los obtenidos en la galvanización en caliente, pero de menor espesor. Además con este procedimiento no se presenta la capa externa de zinc puro. La norma de referencia para este procedimiento es la pr EN 13811.

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Depósito mecánico de zinc

Es sólo aplicable a piezas pequeñas de forma similar a la sherardización. Estas piezas se someten primero a un pretratamiento y luego se hacen girar en un tambor junto con una mezcla de polvo de zinc, bolitas de vidrio, agua y otros productos químicos. Se forma un medio acuoso donde el depósito del polvo de zinc se genera por el impacto de las bolitas de vidrio sobre la superficie de las piezas ayudado por el movimiento de rotación del tambor. Por este procedimiento se genera un recubrimiento uniforme del material.

Los espesores de recubrimiento oscilan entre los 6-107 µm, con una densidad del orden de un 25% menor que la obtenida por la galvanización en caliente. La norma de referencia en este caso es la pr EN 12683.

Pinturas ricas en zinc

Se trata de la aplicación de pinturas que contienen un elevado porcentaje en zinc metálico en el resultante de la película seca de pintura (entre 80-90%). Se puede aplicar con brocha, rodillo o pistola sobre la superficie de acero, que previamente ha sido preparada por chorreo abrasivo. No existe reacción alguna entre en zinc y el acero base, por lo que no se forman capas de aleación. Su consistencia y espesor depende de la forma de aplicación y del operario. Los espesores normales conseguidos varían, consiguiéndose películas de pintura delgada (espesores de 10-20 µm), normal (entre 40-80 µm) o gruesa (entre 60-120 µm).

Se suele emplear como método para reparar zonas dañadas (por ejemplo, por la soldadura) de las superficies que previamente han sido sometidas a galvanización en caliente.

La norma de referencia que aplica en este tipo de procedimiento es la ISO 3549 (zinc en polvo)