Recubrimientos metalicos, galvanizado lectroquimico y por inmersion

RECUBRIMIENTOS METALICOS

El fin más frecuente e importante de los recubrimientos metalicos es el de proteger a otros metales de la corrosión. Otros usos son: lograr un conjunto de propiedades diferentes que no están reunidas en un metal solo o fines decorativos. La mayoría de los metales, expuestos a la acción del ambiente, sufren transformaciones físicoquímicas que los degradan, reducen su utilidad y llegan a destruirlos. Los fenómenos que originan estos cambios se agrupan en el concepto de corrosión, o, con mayor amplitud, en el de deterioro de materiales.Para comprender mejor la importancia y la actuación de los recubrimientos metalicos conviene clasificar los metales disponiéndolos en orden decreciente de su tendencia a disolverse, es decir, de su potencial negativo, obteniéndose así la llamada serie de fuerzas electromotrices. Al potencial del hidrógeno se le asigna, arbitrariamente, el valor cero, y los demás potenciales se obtienen partiendo de este electrodo tipo (tabla 1). Cualquier metal de esta serie que tenga un potencial negativo mayor (ánodo) está expuesto a corroerse, si se le une a otro con potencial negativo menor (cátodo). Esta serie puede sufrir alteraciones en su ordenación al variar los electrólitos o condiciones ambientes, o por formarse sobre los metales o aleaciones tenaces películas (pasivación) de óxidos u otros compuestos que interrumpen la corrosión. En la mayor parte de los casos, la aplicación de un recubrimiento metalico tiene por finalidad proteger de la corrosión a otro metal más barato. Para ello, lo más eficaz es elegir como protector a otro situado en la serie de fuerzas electromotrices por encima del que se va a proteger. En el caso particular del hierro, p. ej., son el aluminio, el zinc y, en la mayoría de las condiciones, el cadmio los que mejor lo protegen. Se dice en estos casos que el metal que forma el recubrimiento se sacrifica en beneficio del hierro, y tiene poca importancia que queden sin recubrimientos pequeñas zonas: poros, rayas, bordes de chapas finas.Puede ocurrir, sin embargo, que por exigencias de dureza, de resistencia al desgaste mecánico, de aspecto decorativo o de conductividad eléctrica, se prefiera un metal (níquel, estaño, cobre, plata, oro) o aleación (acero inoxidable, metal monel, etc.), que aun estando por debajo del hierro en la serie de fuerzas electromotrices presente, por su tendencia a la pasivación, mayor resistencia a la corrosión. Entonces es importante que el recubrimiento no presente poros ni otros defectos que dejen el hierro al descubierto, pues, al comportarse éste anódicamente con respecto al que forma el recubrimiento, la corrosión en dichas zonas sería más intensa que si no estuviera recubierto. En el valor protector influyen, por consiguiente, el método de aplicación y el espesor de la película protectora. Los métodos de aplicación más importantes actualmente son:       Inmersión en metal fundido. Consiste en sumergir el metal que se va a recubrir en otro metal de menor punto de fusión, en estado fundido. La aplicación más importante la constituye el recubrimiento de objetos, chapas, barras y alambres de acero con zinc, y el recubrimiento de acero, cobre y latón con estaño. En menor extensión se aplica también por este procedimiento el aluminio, para el que resulta necesario efectuar el recubrimiento en atmósfera de hidrógeno. En este proceso hay que regular la temperatura y el tiempo para lograr cierta disolución del metal que se va a recubrir, en el metal fundido, con objeto de que se forme una capa intermedia de aleación de ambos metales que dé lugar a una buena adherencia del recubrimiento, pero el espesor de la capa de aleación no debe ser tan grande que origine una película frágil. Los espesores que se obtienen por este procedimiento son relativamente gruesos comparados con los que se obtienen por otros métodos, y presentan menos poros. Sin embargo, tanto el espesor como la uniformidad del recubrimiento son difíciles de regular.       Cementación. Consiste en calentar a temperaturas relativamente altas el metal que se va a recubrir, estando rodeado por otro metal, en polvo, que se difunde originando la película protectora. Así se aplican sobre el acero el wolframio, cromo, vanadio, cobalto, titanio, molibdeno, tántalo y otros.       Electrólisis (V. GALVANOTECNIA).       Laminación. Consiste en laminar juntos los lingotes superpuestos de dos metales. La presión provoca la aleación y adherencia. Así se obtienen láminas bimetales con propiedades que no se encuentran juntas en un solo metal.       Proyección de metal fundido. En una «pistola» de oxígeno y acetileno se funde un alambre, y el metal fundido se proyecta con aire o un gas inerte comprimido sobre el objeto. El recubrimiento es económico pero más poroso que el obtenido por otros métodos.       Otros procedimientos que tienen gran importancia, para recubrir con fines decorativos objetos de plástico, vidrio, cerámica, etc., son los de proyección catódica y evaporación en vacío.       Preparación de las superficies. Para todos los procedimientos es requisito fundamental que las superficies a recubrir estén exentas de grasas, óxidos, suciedad y materiales extraños, lo que se consigue con el desengrasado, decapado, tratamiento con chorro de arena y granalla, etc.             V. t.: ELECTRÓLISIS.

C. VELASCO CORRAL.

BIBL.: H. H. UHLIG, Corrosión y control de corrosión, Bilbao 1970; R. M. BURLAS y W. W. BRADLEY, Recubrimientos protectores de los metales, 2 ed. Madrid 1963; P. ORLOWSKI y J. CAUCHETIER, La protección por proyección a pistola, Barcelona 1963; A. KENNETH GRAHAM, Manual de ingeniería de los recubrimientos electrolíticos, México 1967; F. TODT, Corrosión y protección, Madrid 1959; L. ARBELLOT, Recubrimientos electrolíticos, Barcelona 1965.

Galvanizado

Galvanizado electroquímico

Es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir un metal con otro. Se denomina galvanización pues este proceso se desarrolló a partir del trabajo de Luigi Galvani, quien descubrió en sus experimentos que si se pone en contacto un metal con una pata cercenada a una rana, ésta se contrae como si estuviese viva, luego descubrió que cada metal presentaba un grado diferente de reacción en la pata de rana, por lo tanto cada metal tiene una carga eléctrica diferente.

Más tarde ordenó los metales según su carga y descubrió que puede recubrirse un metal con otro, aprovechando esta cualidad (siempre depositando un metal de carga mayor sobre otro de carga menor).

De su descubrimiento se desarrolló más tarde el galvanizado, la galvanotecnia, y luego la galvanoplastia.

La función del galvanizado es proteger la superficie del metal sobre el cual se realiza el proceso. El galvanizado más común consiste en depositar una capa de zinc (Zn) sobre hierro (Fe); ya que, al ser el zinc más oxidable, menos noble, que el hierro y generar un óxido estable, protege al hierro de la oxidación al exponerse al oxígeno del aire. Se usa de modo general en tuberías para la conducción de agua cuya temperatura no sobrepase los 60 °C ya que entonces se invierte la polaridad del zinc respecto del acero del tubo y este se corroe en vez de estar protegido por el zinc. Para evitar la corrosión en general es fundamental evitar el contacto entre materiales disímiles, con distinto potencial de oxidación, que puedan provocar problemas de corrosión galvánica por el hecho de su combinación. Puede ocurrir que cualquiera de ambos materiales sea adecuado para un galvanizado potencial con otros materiales y sin embargo su combinación sea inadecuada, provocando corrosión, por el distinto potencial de oxidación comentado.

Uno de los errores que se comenten con más frecuencia es el del empleo de tuberías de cobre combinadas con tuberías de acero galvanizado (vid. normas UNE 12502.3, UNE 112076, UNE 112081). Si la tubería de cobre, que es un material más noble, se sitúa aguas arriba de la de galvanizado, los iones cobre, que necesariamente existen en el agua o las partículas de cobre que se puedan arrastrar por erosión o de cualquier otra procedencia, se cementarán sobre el zinc del galvanizado aguas abajo y éste se oxidará por formarse una pila bimetálica local Cu/Zn en los puntos en los que los iones cobre se hayan depositado como cobre metálico sobre el galvanizado. A partir de ese momento se acelerará la corrosión del recubrimiento galvanizado en todos esos puntos. Desaparecido el zinc del recubrimiento, la pila será Cu/Fe y continuará corroyéndose hasta perforarse el tubo de acero. Como el galvanizado está instalado anteriormente este fallo pasa desapercibido y se suele atribuir al fin de la vida en servicio o, incluso, a la mala calidad del galvanizado. La causa, sin embargo ha sido la mala calidad del diseño: la instalación de la tubería de cobre aguas arriba, que es la que ha provocado la corrosión del galvanizado, aguas abajo. Por el contrario, en el caso de que las tuberías de cobre se instalen al final de la red, es decir, aguas abajo de la tubería de galvanizado, no existe ese problema siempre que se garantice que no haya agua de retorno que después de pasar por el cobre pase por el galvanizado. Si existe ese riesgo se deberá colocar un sistema antiretorno. En cualquier caso, es necesario colocar un manguito aislante entre el acero galvanizado de la instalación general y la tubería de cobre final para evitar el contacto galvanizado/cobre. Esta solución, sin embargo, es ineficaz en el caso anterior, tubería general de cobre y ramales finales de acero galvanizado. Aunque se elimine la corrosión en el punto de contacto entre ambos materiales, que es lo único que hace el manguito, no se evitará la corrosión. Ésta se producirá debido a los iones cobre que transporta el agua, o las partículas de cobre, que producirán picaduras sobre toda la instalación de galvanizado aguas abajo, tal como se ha explicado.

Otros procesos de galvanizado muy utilizados son los que se refieren a piezas decorativas. Se recubren estas piezas con fines principalmente decorativos, la hebillas, botones, llaveros, artículos de escritorio y un sinfín de productos son bañados en cobre, níquel, plata, oro, bronce, cromo, estaño, etc.. En el caso de la bisutería se utilizan baños de oro (generalmente de 18 a 21 quilates). También se recubren joyas en metales más escasos como platino y rodio.

Galvanizado por inemersion

Consiste en sumergir el material que se desea recubrir en un crisol de zinc fundido, la reacción de difusión entre los metales da como resultado la formación de una barrera impermeable que protege a las superficies metálicas del medio ambiente.

Un acero desprotegido tiene un promedio de vida útil de tan solo dos años antes de que se afecte su funcionalidad o integridad estructural, en cambio los recubrimientos galvanizados obtenidos en instalaciones apropiadas, generalmente duran como minimo diez años sin necesidad de mantenimiento alguno, incluso en las peores condiciones atmosféricas.

Un recubrimiento que se acaba de hacer presenta generalmente un aspecto brillante, el cual con el tiempo va desapareciendo debido a la reacción del contacto del zinc con el aire del ambiente el cual da lugar a la formación de una fina capa de hidróxidos básicos del zinc de color gris metalico mate, que se conoce como capa de pasivacion y que constituye una barrera que aisla la superficie del zinc del medio ambiente.