La electrogalvanización es un proceso en el que se une una capa de zinc al acero para protegerlo contra la corrosión . El proceso implica galvanoplastia , haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una solución salina/zinc con un ánodo de zinc y un conductor de acero. Este tipo de galvanoplastia de zinc o galvanoplastia de aleación de zinc mantiene una posición dominante entre otras opciones de proceso de galvanoplastia, en función del tonelaje de galvanoplastia por año. Según la Asociación Internacional del Zinc, cada año se utilizan más de 5 millones de toneladas tanto para galvanización en caliente como para galvanoplastia. [1] El revestimiento de zinc se desarrolló a principios del siglo XX. En aquella época, el electrolito estaba basado en cianuro . En la década de 1960 se produjo una innovación significativa con la introducción del primer electrolito a base de cloruro de ácido. [2] En la década de 1980 se volvió a utilizar electrolitos alcalinos, sólo que esta vez sin el uso de cianuro. El acero laminado en frío electrogalvanizado más utilizado es el SECC , acrónimo de “Acero, Electrogalvanizado, Laminado en Frío, Calidad Comercial”. En comparación con el galvanizado en caliente, el zinc galvanizado ofrece estas importantes ventajas:
El revestimiento de zinc se desarrolló y continúa evolucionando para cumplir con los requisitos más exigentes de protección contra la corrosión, temperatura y resistencia al desgaste. La galvanoplastia de zinc se inventó en 1800, pero los primeros depósitos brillantes no se obtuvieron hasta principios de la década de 1930 con el electrolito de cianuro alcalino. Mucho más tarde, en 1966, el uso de baños de cloruro ácido mejoró aún más el brillo. El último avance moderno se produjo en la década de 1980, con la nueva generación de zinc alcalino y sin cianuro. Directivas recientes de la Unión Europea ( ELV / RoHS / WEEE ) [3] prohíben a los fabricantes de automóviles, otros fabricantes de equipos originales (OEM) y de equipos eléctricos y electrónicos utilizar cromo hexavalente (CrVI). Estas directivas, combinadas con mayores requisitos de rendimiento por parte del OEM, han llevado a un aumento en el uso de zinc alcalino, aleaciones de zinc y recubrimientos de conversión pasivantes trivalentes de alto rendimiento .
Durante la década de 1980 se utilizaron los primeros depósitos alcalinos de Zn/Fe (99,5%/0,5%) y Zn/Ni (94%/6%). Recientemente, [ ¿ cuándo? ] el refuerzo de las especificaciones de corrosión de los principales fabricantes de automóviles europeos y la Directiva sobre vehículos fuera de uso (que prohíbe el uso de recubrimientos de conversión de cromo hexavalente ) exigieron un mayor uso de Zn/Ni alcalino que contenga entre un 12 y un 15 % de Ni (Zn/Ni 86/ 14). [4] Sólo Zn/Ni (86%/14%) es una aleación, mientras que un menor contenido de hierro, cobalto y níquel provoca codepósitos. El Zn/Ni (12–15%) en electrolitos ácidos y alcalinos se recubre como la fase cristalina gamma del diagrama de fase binario Zn-Ni .
La protección contra la corrosión que ofrece la capa de zinc electrodepositada se debe principalmente a la disolución potencial anódica del zinc frente al hierro (el sustrato en la mayoría de los casos). El zinc actúa como ánodo de sacrificio para proteger el hierro (acero). Mientras que el acero está cerca de E SCE = -400 mV (el potencial se refiere al electrodo de calomelano saturado (SCE) estándar), dependiendo de la composición de la aleación, el zinc galvanizado es mucho más anódico con E SCE = -980 mV. El acero se preserva de la corrosión. mediante protección catódica Se aplican recubrimientos de conversión (cromo hexavalente (CrVI) o cromo trivalente (CrIII), según los requisitos del OEM) para mejorar drásticamente la protección contra la corrosión mediante la construcción de una capa inhibidora adicional de hidróxidos de cromo y zinc. Estas películas de óxido varían en espesor. 10 nm para los pasivados azules/claros más finos y 4 μm para los cromatos negros más gruesos.
Además, los artículos de zinc galvanizado pueden recibir una capa superior para mejorar aún más la protección contra la corrosión y el rendimiento de fricción. [5]
Los electrolitos modernos son tanto alcalinos como ácidos:
Contiene sulfato de sodio e hidróxido de sodio (NaOH). Todos ellos utilizan agentes blanqueadores patentados. El zinc es soluble como complejo de cianuro Na 2 Zn (CN) 4 y como zincato Na 2 Zn ( OH ) 4 . El control de calidad de dichos electrolitos requiere el análisis regular de Zn, NaOH y NaCN. La proporción de NaCN: Zn puede variar entre 2 y 3 dependiendo de la temperatura del baño y el nivel de brillo deseado del depósito. El siguiente cuadro ilustra las opciones típicas de electrolitos de cianuro que se utilizan para recubrir a temperatura ambiente:
Contiene zinc e hidróxido de sodio. La mayoría de ellos se abrillantan con agentes de adición patentados similares a los utilizados en los baños de cianuro. La adición de aditivos de amina cuaternaria contribuye a mejorar la distribución del metal entre áreas de alta y baja densidad de corriente. Dependiendo del rendimiento deseado, el electrochapador puede seleccionar el contenido de zinc más alto para aumentar la productividad o un contenido de zinc más bajo para una mejor potencia de lanzamiento (en áreas de baja densidad de corriente). Para una distribución ideal del metal, el metal Zn evoluciona entre 6 y 14 g/L (0,8-1,9 oz/gal) y NaOH a 120 g/L (16 oz/gal). Pero para obtener la mayor productividad, el Zn metálico está entre 14 y 25 g/L (1,9-3,4 oz/gal) y el NaOH permanece en 120 g/L (16 oz/gal). El proceso de zinc alcalino sin cianuro contiene una concentración más baja de zinc metálico de 6 a 14 g/l (0,8 a 1,9 oz/gal) o una concentración superior de zinc metálico de 14 a 25 g/l (1,9 a 3,4 oz/gal) que proporciona una distribución superior de la placa desde niveles altos. densidad de corriente a baja densidad de corriente o potencia de lanzamiento en comparación con cualquier baño ácido como los basados en cloruro (bajo contenido de cloruro de amonio, cloruro de potasio/cloruro de amonio) o (cloruro sin amonio, cloruro de potasio/ácido bórico) o baños de sulfato.
Dedicado al revestimiento a alta velocidad en plantas donde el tiempo de revestimiento más corto es crítico (es decir, bobinas o tuberías de acero que funcionan a hasta 200 m/min). Los baños contienen sulfato y cloruro de zinc hasta el nivel máximo de solubilidad. Se puede utilizar ácido bórico como un tampón de pH y para reducir el efecto de combustión a altas densidades de corriente. Estos baños contienen muy pocos refinadores de granos . Si se utiliza uno, puede ser sacarina de sodio.
Inicialmente basados en cloruro de amonio , las opciones actuales incluyen electrolitos de amonio, potasio o una mezcla de amonio y potasio. El contenido de zinc elegido depende de la productividad requerida y de la configuración de la pieza. Un alto nivel de zinc mejora la eficiencia del baño (velocidad de revestimiento), mientras que niveles más bajos mejoran la capacidad del baño para lanzar densidades de corriente bajas. Normalmente, el nivel de metal Zn varía entre 20 y 50 g/L (2,7-6,7 oz/gal). El pH varía entre 4,8 y 5,8 unidades. El siguiente cuadro ilustra una composición típica de un baño totalmente de cloruro de potasio:
Los refinadores de cereales típicos incluyen cetonas y aldehídos poco solubles . Estos agentes abrillantadores deben disolverse en alcohol o en hidrótropo . Las moléculas resultantes se depositan conjuntamente con el zinc para producir un depósito muy brillante y ligeramente nivelado. Sin embargo, también se ha demostrado que el depósito brillante disminuye la receptividad del cromato/pasivado. El resultado es una reducción de la protección contra la corrosión proporcionada.
La protección contra la corrosión se debe principalmente a la disolución potencial anódica del zinc frente al hierro. El zinc actúa como ánodo de sacrificio para proteger el hierro (acero). Mientras que el acero está cerca de -400 mV, dependiendo de la composición de la aleación, el zinc galvanizado es mucho más anódico con -980 mV. El acero se preserva de la corrosión mediante protección catódica. La aleación de zinc con cobalto o níquel en niveles inferiores al 1% tiene un efecto mínimo sobre el potencial; pero ambas aleaciones mejoran la capacidad de la capa de zinc para desarrollar una película de cromato mediante recubrimiento de conversión. Esto mejora aún más la protección contra la corrosión.
Por otro lado, Zn/Ni entre 12% y 15% Ni (Zn/Ni 86/14) tiene un potencial alrededor de -680 mV, que se acerca más al cadmio -640 mV. Durante la corrosión, se prefiere el ataque del zinc y la descincificación conduce a un aumento constante del potencial hacia el acero. Gracias a este mecanismo de corrosión, esta aleación ofrece una protección mucho mayor que otras aleaciones.
Por razones de costes, el mercado existente se divide entre Zn/Fe alcalino (99,5%/0,5%) y Zn/Ni alcalino (86%/14%). El uso del antiguo Zn/Co (99,5%/0,5%) alcalino y ácido está desapareciendo de las especificaciones porque el Fe da resultados similares con menos preocupación medioambiental. El antiguo Zn/Ni (94%/6%), que era una mezcla entre zinc puro y la fase gamma cristalográfica de Zn/Ni (86%/14%), fue retirado de las especificaciones europeas. Una ventaja específica del Zn/Ni alcalino (86%/14%) implica la falta de fragilización por hidrógeno debido al revestimiento. Fue probado [ ¿por quién? ] que la primera nucleación en el acero comienza con níquel puro, y que esta capa se recubre con un espesor de 2 nm antes que el Zn-Ni. [6] Esta capa inicial evita que el hidrógeno penetre profundamente en el sustrato de acero , evitando así los graves problemas asociados con la fragilización por hidrógeno. El valor de este proceso y el mecanismo de iniciación es bastante útil para aceros de alta resistencia, aceros para herramientas y otros sustratos susceptibles a la fragilización por hidrógeno.
Se ha desarrollado un nuevo Zn/Ni ácido (86%/14%) que produce un depósito más brillante pero ofrece menos distribución de metal que el sistema alcalino, y sin la capa subyacente de níquel antes mencionada, no ofrece el mismo rendimiento en términos de fragilización por hidrógeno. Además, todas las aleaciones de zinc reciben las nuevas películas de recubrimiento de conversión libre de Cr VI , que frecuentemente van seguidas de una capa superior para mejorar la protección contra la corrosión, la resistencia al desgaste y controlar el coeficiente de fricción .
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