“PROCESOS ELECTROLITICOS”

PROCESOS DE RECUBRIMIENTOS METALICOS

Consiste en depositar por vía electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de un articulo sumergido en una solución electrolítica Entre los tipos de recubrimientos tenemos: Cobreado Niquelado Cromado Dorado Zincado

PRINCIPIO DE LA ELECTRODEPOSICION ELECTROLITICA Cátodo Ánodo Pieza Cu Cu2+ Recubrimiento de Cu

OBJETIVOS Mejorar el aspecto del metal base . Evitar la oxidación de las superficies metálicas.

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LOS RECUBRIMIENTOS METALICOS Fuente eléctrica continua. Electrodos. Celdas electrolíticas. Sistema de calefacción. Sistema de agitación . Sistemas de filtración. Bastidores o Armaduras. Conductores.

FUENTE ELECTRICA CONTINUA Este equipo distribuye corriente continua convirtiendo la corriente alterna de 220 V a corriente continua. Estos rectificadores se caracteriza por tener bajo Voltaje y alto amperaje

ANODOS Son conductores metálicos que están en contacto con la fuente eléctrica e inmersos en la solución electrolítica. Tipos : Solubles o reactivos. Insoluble o inerte.

Ánodos solubles: Es el electrodo positivo que sede el metal a la solución electrolítica para depositar sobre la pieza metálica se corroe uniformemente bajo la influencia de la corriente eléctrica. Ánodos insolubles : Estos ánodos solamente permiten la conductividad eléctrica de la fuente con la solución no son atacados por la solución electrolítica con o sin corriente eléctrica.

CONJUNTO DE ELECTRODOS Y GANCHERAS

CELDAS ELECTROLITICAS Viene hacer el contenedor de las soluciones electrolíticas. Características : Resistencia al ataque de las soluciones. Fuerza mecánica para soportar las cargas. La solución electrolítica y la temperatura a usar determina el material de construcción . Materiales de fabricación : Hierro con revestimiento de brea , plomo o PVC. y acero

BAÑO DE NIQUEL

SISTEMAS DE CALEFACCION Generalmente se realiza mediante calentadores eléctricos por inmersión que consiste de una resistencia eléctrica aislada , introducida dentro de un tubo de acero revestida con material antioxidante ( Titanio o porcelana ) La mayoría de las celdas electrolíticas necesitan una ligera calefacción para aumentar la conductividad y la solubilidad de los electrolitos.

SISTEMA DE FILTRACION Son aparatos necesarios para filtrar las soluciones electrolíticas a ciertos intervalos de tiempo o en forma continua. Permite eliminar el sedimento acumulado en el fondo de las cubas . Se utiliza filtros prensas en instalaciones grandes en procesos continuos. En instalaciones pequeñas se pude filtrar por papel filtro u tela.

SISTEMA DE AGITACION La agitación impide el empobrecimiento de los iones metálicos de la zona catódica y la adherencia de burbujas gaseosas( Hidrogeno ) sobre el cátodo. Uno de los sistemas de agitación utilizados consiste el insuflar aire comprimido por el fondo de la cuba. Otro sistemas de agitación consiste en producir el desplazamiento horizontal o vertical del cátodo.

BARRAS CONDUCTORAS O PORTA ELECTRODOS Son los soportes donde se cuelgan las electrodos ánodos y cátodos estos son generalmente de cobre, o tubos metálicos revestidos de cobre para asegurar buena conductividad eléctrica .

BARRAS DONDE SE COLOCAN LOS ANODOS Y CATODOS Vista superior de las celdas o cubas 1 Barras aislantes. 2 Barras de cobre para colgar los ánodos. 3 Barras central donde se cuelgan las piezas en forma individual o en gancheras.

OPERACIONES EN LOS PROCESOS DE LOS RECUBRIMIENTOS METALICOS Desbastado . Pulido. Desengrase químico. Desengrase electroquímico. Decapado. secado.

DESBASTADO Cuando el objeto es de reciente fabricación o fundición posee rebabas, escamas a veces costras , la operación que consiste en eliminar se le denomina desbastado. La operación se lleva a cabo según el estado físico de la pieza usando discos sólidos de destinto grano en un esmeril

PULIDO Esta operación tiene por objeto alisar la superficie del metal en forma mecánica . Tipos de pulidos Pulido esmerilado. Repulido. Pulido abrillantado. La diferencia radica en el tipo de disco que se ha usado y en la finura del grano del material abrasivo empleado.

PULIDORA MECANICA

DIFERENTES TIPOS DE DISCOS

DESENGRASADO Esta operación consiste en eliminar ciertas películas de grasas , aceites , partículas abrasidad de la superficie que se desea recubrir. El origen de estas películas pueden ser de grasa animales , vegetales y aceites minerales o operaciones anteriores o simple contacto manual.

DESENGRASADO QUIMICO Este tipo de desengrase se realiza por inmersión de la superficie metálica sobre solventes orgánicos como bencina , kerosén , petróleo , tolueno, tricloroetileno, tetracloruro de carbono . Es muy recomendable para una primera etapa de eliminación de las materias grasa y aceites .

DESENGRASE ELECTROQUIMICO Mediante este procedimiento los objetos a tratar son suspendidos de las barras catódicas. son tratadas en una solución electrolítica a través de la cual se produce en paso de la corriente eléctrica .

DECAPADO POR INMERSION La mayor parte de los metales especialmente aquellos de base férrea debido a la acción de los gases que rodean su medio ambiente ( oxigeno , Anhídrido carbónico , vapor de agua ) .recubre de una capa de oxido y/o otro compuesto químico insoluble . La operación mediante el cual se logra eliminar estas capas e llama el decapado se utilizan ácido clorhídrico o sulfúrico en diversas concentraciones .

SOLUCIONES DECAPANTES Y CONCENTRACIONES SOLUCION DECAPANTE CONCENTRACION PORCENTUAL ( PESO) TEMPERATURA Ácido clorhídrico Ácido Sulfúrico Ácido fosfórico 6 – 20 % 30 – 60 % 4 – 15 % 40º - 45ºC Ambiente 50º - 60ºC

DECAPADO ELECTROLÍTICO Con este sistema se remueven óxidos o escoria depositados sobre las piezas ferrosas. La mayoría de los baños esta compuesto por ácidos Las piezas ya desengrasadas se sumergen en un baño con la siguiente formula100 cm3 de ácido sulfúrico 60 Be y 6 Grs. de ácido crómico por litro El tiempo de operación es de 30-60 segundos el voltaje de 6 voltios y la corriente de 5 Amp/dm2

SECADO Esta la ultima operación a la que son sometidos las piezas metálicas. Tiene el objeto evitar el manchado y el velado de la piezas recubiertas con elementos metálicos. La operación se lleva acabo mediante estufas u hornos calentados mediante resistencias electricas.

Principales factores que intervienen en los procesos de recubrimientos metalicos Densidad de corriente Concentración . pH. Temperatura. Agitación

DENSIDAD DE CORRIENTE La influencia de este factor es decisivo en la estructura de la electrodeposición formada Un aumento de la densidad conlleva a la disminución del tamaño del cristal y obteniéndose estructuras finas . l existe un limite deaumento de la densidad que al sobre pasar produce depósitos quebradizos .

TEMPERATURA Un aumento de la de temperatura favorece la movilidad de los iones metálicos ocasionando el incremento de la conductividad del electrolito y una disminución de la viscosidad de la solución. El incremento de la temperatura favorece la formación de depósitos brillantes y de grano finos.

CONCENTRACION DE IONES DE HIDROGENO S i el ph esta por debajo del rango de trabajo puede presentarse depósitos simultáneos de metal y el hidrogeno, ocasionando picaduras o ampollamiento Si se trabaja con un rango alto de ph se formaran sales básicas poco solubles que darían lugar a depósitos ásperos.

CONCENTRACION La concentración conveniente de la solución electrolítica será aquella que posee pocos iones a depositar y muchas moléculas no disociadas dispuestas a disociarse rápidamente liberando de este modo, iones metálicos que sustituyan a los iones que desaparecen de la solución durante la electrodeposicion

LEYES DE FARADAY Cuando se hace pasar corriente eléctrica a través de una solución electrolítica se produce un desplazamiento de materia hacia los electrodos una deposición o desprendimiento de gases de parte de la sustancias que forman el electrolito . Las leyes de faraday suministra la herramienta matemática para estudiar cuantitativamente dichos fenómenos .

PRIMERA LEY M = KQ = Eq-g . I . T 96 500 La masa depositada o liberada de una sustancia en un electrodo apartir de un electrolito es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la solución M = KQ = Eq-g . I . T 96 500

mA = mB = mC SEGUNDA LEY DE FARADAY P.Eq(A) P.Eq(B) P.Eq(C) Cuando una misma intensidad de corriente fluye por 2 o mas celdas electrolíticas.la masa depositada liberada es proporcional a su peso equivalente . mA = mB = mC P.Eq(A) P.Eq(B) P.Eq(C)

Deposición de niquel en un sistema de instalacion en serie

DISTRIBUCION DE LA CORRIENTE ELECTRICA EN PARALELO + - FUENTE CD -

Distribucion de la corriente electrica en serie - + FUENTE CD -

Procesos electroliticos Cobreado Cátodo Ánodo Pieza Cu Cu2+ Recubrimiento de Cu

RANGO DE CONCENTRACION COBREADO ALCALINO Este baño cianurado permite obtener capas de cobre de estructura fina, duros dúctiles y frágiles. Ofrece la ventaja de poder cobrear cualquier metal . Como Hierro , Acero , Zamac, Zinc. REACTIVOS QUIMICOS RANGO DE CONCENTRACION Cianuro de cobre. Cianuro de sodio Carbonato de sodio Hidróxido de sodio 40 – 60ºgt 5 – 15 g/l 10 – 80 g/l

CONDICIONES DE OPERACION 1._ Densidad de corriente 2.5 - 5 A/Dm2. 2._ Temperatura del baño. 20 – 40ºC 3._ Densidad. 14.5 – 16 Beº 4._tensión 5 – 15 Voltios. 5._ índice de acidez 9.6 – 11.5 6._ ánodos electrolíticos.

REACCIONES QUIMICAS En el ánodo Cu Cu+2 En el cátodo Cu+2 Cu

DEFECTOS DEL BAÑO DE COBRE ALCALINO Baño sucio o turbio . Sucede cuando el Ph es bajo se soluciona agregando soda cáustica. Formación de costras azul – verdosas en el anodo y en la solución . Se soluciona agregando cianuro de sodio . Recubrimientos oscuros, debido a alta densidad de corriente y poco contenido de cobre.se soluciona disminuyendo la corriente eléctrica y aumentando la sal de cobre

PREPARACION DE LA SOLUCION Las cubas deben ser limpiadas antes de preparación del baño, pudiendo emplearse solución de soda al 20%. A una temperatura de 30°c. Añadir agua desionizada hasta las ¾ partes del volumen de la solución, disolver las sales calculadas . Añadir soda cáustica hasta obtener el pH 11.5 Agregar el resto de agua hasta completar el volumen provisto.

COBREADO ACIDO

RANGO DE CONCENTRACION COBREADO ACIDO REACTIVOS QUIMICOS RANGO DE CONCENTRACION Sulfato de cobre Ácido sulfúrico conc Cloruros Solución preparadora 371 Abrillantador 372 Nivelador 373 190 -240 (220) g/l 50 -70 (60) g/l 100 –140 mg/l 8 – 12 (10)ml/L 0.4 -0.6 (0.5) ml/L 0.4 -0.6 (0.5) mL/L

CONDICIONES Y PARAMETROS DE OPERACIÓN 1._ Densidad de corriente 1 - 6 A/Dm2. 2._ Temperatura del baño. 20 – 35ºC 3._tensión 1.5 – 6 Voltios. 4._ Agitación: aire 5._ ánodos de cobre electrolíticos fosforosos(0.02 a 0.06%de fósforo) 6 Densidad del baño 18 – 21 °Be.

DEFECTOS DEL BAÑO DEFECTO CAUSA CORRECCION Recubrimientos quemados Baja temperatura. Bajo contenido de cobre. Elevar la temperatura. Adicionar sulfato de cobre. Formación de poros en el recubrimiento Mala inyección de aire. Revisar el sistema de agitación Consumo alto de aditivos Alta temperatura de la solución . Alta densidad de corriente. Enfriar la solución. Bajar la densidad de corriente.

PREPARACION DEL BAÑO Llenar la cuba con agua destilada hasta las ¾ partes del volumen total del baño a preparar y adicionar cuidadosamente el ácido sulfúrico. Luego disolver en esta solución el sulfato de cobre. A continuación, completar con agua hasta el nivel de trabajo y hacer un tratamiento con carbón activado(5 g/l). Cuando el baño haya alcanzado la temperatura de trabajo y se haya retirado todo el carbón de la solución adicionar los aditivos.

NIQUELADO BRILLANTE El níquel es un metal dúctil, maleable que tiene una gran estabilidad química contra la corrosión manteniendo su brillo metálico inalterable durante largo tiempo. En la industria galvanica protege y mejora el aspecto físico del metal base para recubrimiento decorativode cromado, plateado y dorado.

REACTIVOS Y RANGOS DE CONCENTRACION REACTIVOS QUIMICOS RANGO DE CONCENTRACION Sulfato de níquel Cloruro de níquel Ácido bórico Abrillantador (180) g/l (150) g/l 50 g/L 35 ml/L

CONDICIONES Y PARAMETROS DE OPERACIÓN 1._ Densidad de corriente catódica 2 - 7 ( 5) A/dm2. 2._ Temperatura del baño. 50 -70 (60°C) 3._tensión 4 – 10 Voltios. 4._ Agitación: aire 5._ ánodos de níquel electrolítico 6.- Densidad del baño 25 -28 °Be. 7.- Ph 3.8 -4.8 (4.2). 8.- Tiempo : 5 -10 min.

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL NIQUELADO

PREPARACION DE LA SOLUCION Disolver el ácido bórico, sulfato de níquel y cloruro de níquel en las 2/3 partes del volumen total a preparar ( usar agua desionizada a 60 – 70 °c). Filtrar la solución Adicionar el abrillantador Completar con agua hasta el nivel de trabajo y homogenizar la solución. Ajustar el ph hasta 4.2 con hidróxido de potasio al 5%.

Defectos de baño Defecto Causa Corrección Recubrimientos mates pH demasiado alto Usar ácido sulfúrico o clorhídrico Deposito oscuro quemado Temperatura muy baja Elevar la temperatura Depósitos sin brillo Pp. demasiado bajo Se eleva con hidróxido de potasio