Recubrimientos Metálicos

Presentación del tema: "Recubrimientos Metálicos"— Transcripción de la presentación:

1 Recubrimientos Metálicos
*Este material se utiliza exclusivamente en docencia.

2 Los recubrimientos metálicos son utilizados con diferentes fines como, por ejemplo:
Decorativo – oro, plata, níquel, cromo, etc.; Resistencia a la fricción – indio, etc.; Resistencia a la oxidación en contactos eléctricos – estaño, plata, oro, rodio, etc.; Endurecimiento superficial – cromo; Resistencia a la corrosión – cromo, níquel, aluminio, zinc, cadmio, estaño, etc. Los metales empleados en los revestimientos anticorrosivos pueden tener sus acciones protectoras explicadas por diversos factores, tales como: Formación de películas protectoras de óxidos, hidróxidos u otros compuestos, por la relación con los oxidantes del medio corrosivo (caso del aluminio, cromo, níquel y zinc); Los metales usados en los revestimientos presentan valores elevados de sobretensión o sobrevoltaje, siendo por eso más resistentes al ataque ácido en medios no-aireados (caso del estaño, plomo, zinc y cadmio). De la calidad de los métodos empleados en el revestimiento y en la limpieza de las superficies metálicas va a depender la buena adherencia y la impermeabilidad de la película, que son “condiciones esenciales para que exista una protección adecuada”.

3 Revestimientos catódicos, en relación al material revestido, deben estar perfectamente libres de fallas, porque, en presencia de electrolitos, se forma una pila galvánica, ocurriendo la rápida corrosión del material revestido, principalmente si existiese una pequeña área anódica con una gran área catódica. Revestimientos anódicos, en relación al material revestido, no presentan el problema del caso anterior, ya que si hubieran pequeñas fallas en el revestimiento, el metal del revestimiento será el ánodo de la pila, formada en presencia de un electrolito, protegiendo así catódicamente al material metálico base. Las técnicas más frecuentemente usadas para la aplicación de revestimientos metálicos son: Cladding, Inmersión en caliente, Aspersión térmica (metalización), Electrodeposición, Cementación, Deposición en fase gaseosa o reducción química

4 Cladding El cladding es un método de revestimiento para el control de la corrosión muy usado en la Industria Química. Puede ser hecho por laminación conjunta, en caliente, de chapas de metal base y de revestimiento, por el proceso de explosión o por soldadura. En la mayoría de los casos se realiza el revestimiento solamente del lado de la chapa, que queda en contacto con el medio corrosivo. El conjunto chapa-revestimiento recibe el nombre de “clad”. El espesor de la capa del metal y el revestimiento normalmente es de 2-4 mm. El cladding del acero al carbono con el acero inoxidable, níquel, titanio y tántalo han sido muy utilizados en recipientes de presión, reactores y tanques de almacenamiento. Esquema de un proceso de cladding por explosión: A, dirección de detonación; B, explosivo; C, metal del clad; D, chorro; E, material a ser revestido.

5 Inmersión en Caliente El revestimiento metálico se obtiene por inmersión del material metálico en un baño del metal fundido. Es un proceso muy utilizado para el revestimiento de acero con estaño, con cobre, con aluminio y con zinc. En el caso del estaño se tiene el estañado de chapas, o la obtención de chapas terne-plate, que son chapas de acero revestidas con aleación de plomo-estaño. El revestimiento con cobre es utilizado para la obtención de copperweld, que está constituido por un hilo de acero de 3-5 mm de espesor, revestido con cobre. En el caso del revestimiento del acero al carbono con aluminio se tiene la aluminización. El acero aluminizado es obtenido por inmersión del acero en baño de aluminio puro, o aluminio conteniendo 5-10% de silicio, fundido a 650°C: se obtiene una capa exterior de aluminio o Al-Si en una capa intermedia de aleación Al-Fe o Al-Fe-Si. En el caso del zinc la operación de revestimiento es la llamada galvanización por inmersión en caliente, obteniéndose el acero galvanizado. La galvanización es un sistema con una buena resistencia a la corrosión, siendo esa la principal razón de su empleo, representando más de la mitad del consumo mundial de zinc. Es muy usada en: componentes de torres de transmisión, estructuras de subestaciones, conductos para aire acondicionado, chapas para coberturas y para silos, electroductos, etc.

6 Para cada tipo de producto, existen especificaciones en las cuales son indicados los espesores adecuados que deben ser utilizados para evitar problemas en la utilización del acero galvanizado. Esos espesores están comprendidos con más frecuencia entre 305 y 610 g/m2 (1 g/m2 = 0,143 m). Los resultados obtenidos en un programa realizado durante 20 años, por el Subcomité VI-ASTM Comité B-3 se presentan en la Tabla siguiente. Tabla. Velocidad media de corrosión en acero galvanizado. Tabla. Velocidades de corrosión en acero galvanizado en ensayos realizados en SP, Brasil y en países de climas templados.

7 Aspersión Térmica – Metalización
El proceso de aspersión térmica consiste en la aplicación de un revestimiento, metálico o no metálico, usándose una pistola de aspersión o metalización. Básicamente una pistola de metalización está dotada de una llama oxi-acetilénica que es alimentada con un hilo o polvo del material metálico a ser utilizado como revestimiento. La aleación o el metal es calentado hasta la fusión y por medio de aire comprimido es proyectada en forma de finas partículas, en un sustrato adecuadamente preparado, como por ejemplo por chorro abrasivo. Cuando las partículas metálicas tocan el sustrato, se solidifican, uniéndose a la superficie metálica a ser protegida, en capas laminares. En algunos casos, en la protección contra la corrosión se procura combinar la metalización con la pintura, para aumentar la durabilidad del revestimiento y también disminuir la porosidad del metal depositado.

8 Electrodeposición Es un proceso comúnmente utilizado ya que se consigue un revestimiento muy fino y relativamente libre de poros. Es económicamente importante porque se consigue la protección adecuada con una capa muy fina, evitándose el exceso del metal electrodepositado, que puede ser caro. Se utiliza generalmente la electrodeposición para revestimiento con oro, plata, cobre, estaño, níquel, cadmio, cromo y zinc. El material a ser protegido es colocado como cátodo de una cuba electrolítica, donde el electrolito contiene sal del metal a ser usado en el revestimiento pudiendo el ánodo ser también del metal a ser depositado. Como ejemplos se tienen: Ánodo insoluble: Ánodo soluble: El espesor de las películas y sus propiedades dependen de: la densidad de corriente aplicada, concentración de sales, temperatura del baño, presencia de aditivos y naturaleza del metal base (cátodo).

9 Deposición en Fase Gaseosa
Cementación El material metálico se coloca en el interior de tambores rotativos en contacto con una mezcla de polvo metálico y un flujo adecuado. Ese conjunto es calentado a altas temperaturas permitiendo la difusión del metal en el material metálico. Ese proceso es utilizado, por ejemplo, para el revestimiento con aluminio zinc y silicio. Deposición en Fase Gaseosa En este proceso la sustancia volatilizada, conteniendo una sal del metal a ser usado como revestimiento, es pasada sobre el material caliente a ser revestido, resultando en deposición del metal o en formación de una aleación con el metal base del sustrato. Por ejemplo: el cloruro de cromo (II), cuando es volatilizado y pasado sobre el hierro caliente, a aproximadamente 1000°C, forma una aleación superficial Cr-Fe, conteniendo arriba del 30 % de Cromo: ó ó Para el revestimiento de tungsteno o molibdeno se usa: ,

10 Reducción Química Son los revestimientos obtenidos por la reducción de iones metálicos existentes en la solución. El metal es precipitado, formando una película adherente en base metálica. Es un método conveniente para revestir piezas de formas complicadas y el interior de tubos que sean difíciles de ser revestidos por otros métodos. Como ejemplo de ese método se tiene: la niquelación con corriente eléctrica (electroless), en la cual se utiliza el de níquel y como reductor, una solución de hipofosfito de sodio según la relación: El depósito de níquel contiene 8-10% de fósforo presentando una buena resistencia a la corrosión y una fuerte adherencia. Una solución reductora usada para esa niquelación es la siguiente:

11 Bibliografía Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, William F. Smith, Mc Graw Hill, Tercera Edición (2000). Ciencia de Materiales para Ingenieros, Shakelford, Pentice Hall (1992). Materials Science and Engineering. An Introduction, W.D. Callister, John Wiley & Son, Inc. (2004). Bralla, J., “Manual de Diseño de Productos para Manufactura”, Mac Graw Hill, México, 1993. Kalpakjian, S., Schmid, S., “Manufactura, Ingeniería y Tecnología”, Ed. Prentice Hall, México, 2002. Schey, J., “Procesos de Manufactura”, Mac Graw Hill, Mexico, 2001. Kozlov, Y., “Ciencia de los Materiales”, Ed. Mir