Cromado Electrolítico

Partes: 1, 2

En el presente trabajo se expondrán las diversas tecnológicas alternativas del proceso de cromado y de los respectivos tratamientos de acondicionamiento para una pieza metálica; en base a una evaluación de las necesidades prácticas, ambientales y económicas de cada uno de ellos, se seleccionarán los más adecuados para la confección de un proceso acorde.
Según el proceso elegido se detallarán los equipos necesarios y las fichas de seguridad de los compuestos químicos utilizados.
Por ultimo, se planteará la posibilidad de desarrollar un tratamiento de efluentes acorde a las diferentes reglamentaciones y peligros de los mismos.
INTRODUCCIÓN
El cromo fue descubierto en 1797 por el químico francés Louis Nicolas Vauquelin, que lo denominó cromo (del griego chroma, 'color') debido a los múltiples colores de sus compuestos.
El cromo es un elemento común y ocupa el lugar 21 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Su masa atómica es 51,996 gr.; su punto de fusión es de 1.857 °C, y su punto de ebullición de 2.672 °C y su densidad 7,2 gr/cm3.
Desde el origen de la civilización la humanidad ha ambicionado poseer el brillo de ciertos metales. La práctica ciertamente es de origen antiguo: en Asia, Egipto, Grecia, Roma y durante el Renacimiento se utilizó el arte de dorar recubriendo con una delgada capa de oro real o artificial para embellecer superficies de madera, metal, marfil, cuero, papel, porcelana y tejidos además de elementos decorativos, cúpulas y bóvedas de edificios.
De la misma forma, los romanos ya soldaron superficies de plata a metales más comunes para disponer de espejos. Arquímedes logró defender Siracusa en el verano del 213 a.C., durante la 2ª Guerra Púnica entre Roma y Cartago. Aún en el siglo V las armas de hierro se sumergían en una solución de cobre para recubrirlas y evitar su oxidación.
En el siglo XVIII el enchapado de cobre o latón recubiertos con plata se inició en Sheffield debido a una casualidad. En 1742, el cuchillero Thomas Boulsover encontró el procedimiento mientras reparaba trabajos realizados en plata. Usó el descubrimiento para la fabricación de hebillas y botones, pero su aprendiz Joseph Hancock amplió su utilización en el menaje (muebles y utensilios de la casa), la cubertería y otros artículos domésticos. Hasta 1765 se chapaban las piezas tan sólo por una cara, pero a partir de esta fecha y mediante soldadura se logró chapar por ambas caras.
En 1812, Michael Faraday asistió a unas conferencias del insigne químico Humphry Davy convirtiéndose al final en su ayudante. Desde 1807 Davy ensayaba haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una solución de sosa cáustica y potasa con el fin de separar componentes químicos puros. De esta manera, demostró el principio de la electrólisis. Más tarde, en 1813, Faraday ya había sustituido a su mentor en el puesto de profesor de química de la Royal Society y tras numerosos estudios acerca de la electrólisis enunció dos leyes fundamentales: la masa de una sustancia depositada por una corriente eléctrica es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el electrolito; y las cantidades de sustancias electrolíticas depositadas por la acción de una misma cantidad de electricidad son proporcionales a las masas equivalentes de las sustancias.
En 1835, la plata alemana, una aleación de níquel, zinc y cobre, comenzó a usarse prolíficamente. A partir de 1840 el sistema de Sheffield fue abandonado y reemplazado por el método de galvanoplastia más barato, el proceso de níquel, para la fabricación de menaje y cubertería.
El metal más fácil de usar era el cobre debido a su calidad decorativa, disponibilidad, protección y a que puede pulirse para conseguir un alto brillo. El problema es que se empaña rápidamente con la atmósfera por lo que requiere ser barnizado o ser objeto de un mantenimiento continuo. Con la llegada de las máquinas y el uso intensivo del acero hubo que buscar un procedimiento válido para protegerlos. Por ello, y con el fin de solucionar los anteriores problemas se optó por recubrir el cobre con una capa de níquel.
En sus primeros tiempos los recubrimientos de níquel eran mates, un metal de color gris que no reflejaba la luz. Se denominaba "Dull Nickel" y su problema era que las huellas de los dedos quedaban marcadas por lo que era normal protegerlo con una delgada capa de aceite. Más tarde surgió "Polished Dull Nickel" que no era otra cosa que el níquel mate pulido, un metal blanco lustroso con cierto tinte amarillo que puede pulirse hasta conseguir un alto brillo y cuya resistencia al empañamiento es mayor. Al contrario, el "Bright Nickel" (Níquel brillante) es suave y dúctil como el cobre y también es mucho más resistente al tiempo. Estos recubrimientos son los utilizados en las máquinas y vehículos hasta aproximadamente 1930, cuando fueron sustituidos por el recubrimiento de cromo.
Hacia esta fecha, y coincidiendo con el movimiento "Art-Decó" iniciado en 1925, el uso de superficies cromadas se generalizó y buena muestra de ello son los diseños del arquitecto Ludwig Mies Van der Rohe, con sus columnas y muebles cromados.
Asimismo, gran cantidad de elementos decorativos incluyendo la joyería de imitación adoptaron el brillo del cromado. Entonces, y queriendo estar a la vanguardia de la moda y la técnica, la industria británica adoptó el cromo como revestimiento de protección y embellecimiento. Se le llamó "Bright Chrome", cromo luminoso, y dado que su mantenimiento era bajo, no se empañaba por los agentes atmosféricos y su brillo era superior logró desplazar al níquel. Existe también un acabado denominado "Dull Chrome", óptima si no se desea brillo pero de escasas aplicaciones en la actualidad. El único problema que puede afectar al cromo es la degradación del níquel depositado como base, por lo que la calidad del cromado está determinada por el grosor de la capa de níquel.
Curiosamente, el gusto por las superficies metálicas brillantes o mates parece oscilar como otras modas o gustos de la sociedad. Durante años ha quedado olvidado para resurgir más tarde y, si cabe, aún con más fuerza. De cualquier manera y refiriéndonos a los vehículos clásicos, no se puede obviar la extraordinaria importancia que tienen estos recubrimientos para la consecución de una restauración digna y, por qué no, brillante.
RESEÑA HISTÓRICA
III. I) CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL CROMO
El cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosión.
Su estado de oxidación más alto es el +6, aunque estos compuestos son muy oxidantes. Los estados de oxidación +4 y +5 son poco frecuentes, mientras que los estados más estables son +2 y +3. También es posible obtener compuestos en los que el cromo presente estados de oxidación más bajos, pero son bastante raros.
III. II) ABUNDANCIA Y OBTENCIÓN
Se obtiene cromo a partir de la cromita (FeCr2O4). El cromo se obtiene comercialmente calentando la cromita en presencia de aluminio o silicio (mediante un proceso de reducción). Aproximadamente la mitad de la cromita se extrae de Sudáfrica. También se obtiene en grandes cantidades en Kazajistán, India y Turquía
Los depósitos aún sin explotar son abundantes, pero están geográficamente concentrados en Kazajistán y el sur de África.
Aproximadamente en el año 2000 se produjeron quince millones de toneladas de cromita, de la cual la mayor parte se emplea para aleaciones (cerca de un 70%), por ejemplo para obtener ferrocromo (una aleación de cromo y hierro, con algo de carbono). Otra parte (un 15% aproximadamente) se emplea directamente como material refractario y, el resto, en la industria química para obtener diferentes compuestos de cromo.
Se han descubierto depósitos de cromo metal, aunque son poco abundantes; en una mina rusa (Udachnaya) se producen muestras del metal, en donde el ambiente reductor ha facilitado la producción de diamantes y cromo elemental.
III. III) COMPUESTOS
El dicromato de potasio, K2Cr2O7, es un oxidante enérgico y se utiliza para limpiar material de vidrio de laboratorio de cualquier resto orgánico que pueda contener.
El "verde de cromo" (es el óxido de cromo (III), Cr2O3) es un pigmento que se emplea, por ejemplo, en pinturas esmaltadas y en la coloración de vidrios. El "amarillo de cromo" (es un cromato de plomo, PbCrO4) también se utiliza como pigmento.
No se encuentran en la naturaleza ni el ácido crómico ni el dicrómico, pero sus aniones se encuentran en una amplia variedad de compuestos. El trióxido de cromo, CrO3, el que sería el anhídrido del ácido crómico, se vende industrialmente como "ácido crómico".
III. IV) APLICACIÓNES PRINCIPALES
El cromo es un metal muy difícil de trabajar en frío porque es muy duro y quebradizo, en caliente es igual de difícil porque se oxida con una capa de oxido de cromo dura e infusible. Por estas razones el cromo no se suele emplear como metal puro salvo en ocasiones muy raras aunque eso si, entra a formar parte de muchas aleaciones. Especialmente es aleado con el hierro porque mejora su dureza y resistencia a la corrosión. El acero inoxidable contiene entre un 8 y un 12 % de cromo, y es el principal responsable de que sea inoxidable. Muchas herramientas están fabricadas con aleaciones de hierro cromo y vanadio. El nicrom o cromoniquel se emplea para fabricar resistencias eléctricas.
Debido a las dificultades de la metalurgia de cromo cuando es necesario aplicarlo se emplean básicamente el recubrimiento electrolítico. Este procedimiento realizado con cromo es extensivamente usado en la industria para proteger metales de la corrosión y mejorar su aspecto. También se emplea para restaurar piezas metálicas o conseguir superficies muy duraderas y con bajo coeficiente de rozamiento (cromo duro).
El llamado cromo duro son depósitos electrolíticos de espesores relativamente grandes ( 0,1 mm) que se depositan en piezas que deben soportar grandes esfuerzos de desgaste. Se realizan este tipo de depósitos especialmente en asientos de válvulas, cigüeñales, ejes de pistones y en general en lugares donde se requiera bastante precisión. Por ello antes de que exista una rotura grave se reponen las partes de metal perdidas mediante cromo electrolítico. Generalmente la capa de cromo depositada no es totalmente uniforme por lo cual se da espesor mayor del necesario y después se rectifican las piezas para conseguir las dimensiones y acabado adecuadas.
El cromo brillante o decorativo son finas capas de cromo que se depositan sobre cobre o níquel para mejorar el aspecto de algunos objetos. El famoso niquelado de paragolpes y otros embellecedores de coche suele consistir en una capa de níquel terminada con un "Flash" de cromo de algunas micras de espesor. El color del cromo es mas azulado y reflectante que el níquel y es mucho mas resistente a la corrosión ya que inmediatamente se forma una fina e imperceptible capa de oxido que protege al metal.
El cromo tiene poco poder cubriente, menos aún si las capas que se depositan son tan finas como una micra. Por ello las superficies a cubrir deben estar bien pulidas, brillantes y desengrasadas ya que el cromo no va a tapar ninguna imperfección. Es por esto por lo que frecuentemente las piezas que se croman con objeto decorativo se recubren con cobre y níquel antes de ser cromadas. El cromo se aplica bien sobre el cobre, el níquel y el acero, pero no sobre el zinc o la fundición.
GENERALIDADES
TRATAMIENTOS PREVIOS AL CROMADO

IV. I) PROCESO DE MORDENTADO Y DECAPADO

En el decapado de los metales ferrosos se considera, en general, que el óxido formado al calentar el hierro está constituido por tres capas distintas:

a) La capa más externa, que es relativamente delgada; contiene la mayor proporción de oxígeno y consiste en óxido férrico, Fe203.

b) Una capa intermedia, que es más bien gruesa; está compuesta de óxido ferroso férrico, Fe304.

c) Una capa relativamente compacta en la proximidad del hierro inalterado; contiene la mayor proporción de este elemento, y su composición corresponde aproximadamente a la fórmula FeO. Es probable que esta capa no consista en el compuesto FeO, sino que sea una solución sólida denominada "wustite" que se descompone por debajo de 570° C en un eutectoide de hierro y óxido ferroso férrico.

En el caso del herrín formado por debajo de esta temperatura de transición, la capa más interna del mismo contiene Fe203 ó Fe304, o una mezcla de ambos.

ÁCIDOS USADOS: La eliminación del herrín de los metales ferrosos se lleva a efecto decapando en una solución de ácido sulfúrico o clorhídrico.

La eliminación del herrín se produce como resultado de: a) la disolución química de la capa de herrín; y b) el desprendimiento del gas originado al reaccionar el ácido con el metal base.

Con ácido sulfúrico, las reacciones que tienen lugar están en gran parte limitadas a los dos óxidos, ferroso y férrico, y al hierro metálico:

Fe203 + 3 H2S04 = Fe2(S04)3 + 3 H20

FeO + H2S04 = FeS04 + H20

Fe + H2S04 = FeS04 + H2

La reducción del sulfato férrico a sulfato ferroso se realiza a causa de la presencia del hidrógeno naciente:

Fe2(S04) 3 + 2 H = 2 FeS04 + H2S04

Las reacciones que corresponden al ácido clorhídrico son las siguientes:

Fe203 + 6 ClH = 2 FeCl3 + 3 H20

FeO + 2 ClH = FeCl2 + H20

Fe + 2ClH = .FeCl2 + H2

La reducción del cloruro férrico por el hidrógeno naciente está representada por la ecuación:

FeCl3 + H = FeCl2 + ClH

La disolución del óxido ferroso férrico, Fe3O4, en los ácidos indicados es lenta; este óxido es difícilmente soluble en los ácidos.

La disolución del óxido en el ácido sulfúrico (de cualquier concentración) tiene una marcada importancia en las operaciones de decapado, y en cuanto a la relación entre la cantidad de hierro metálico disuelto y la de sus óxidos, es mucho mayor a elevadas temperaturas que a temperatura ambiente. El óxido ferroso (FeO) en contacto con el acero es el más soluble de los óxidos presentes en el herrín; de aquí que, cuando hay junto a la superficie del acero una cantidad realmente importante de este óxido, tiene lugar un decapado mucho más rápido que cuando existen en dicha zona óxidos más elevados. Durante el decapado, el ácido penetra hasta la capa de FeO a través de los poros y fisuras del herrín, y de esta manera la disolución del FeO en el ácido da por resultado el desprendimiento de las capas superficiales de herrín.

En el decapado con ácido sulfúrico, la cantidad de herrín eliminado por desprendimiento es, en comparación con la cantidad eliminada por disolución química, mayor en el caso del ácido sulfúrico que en el caso del ácido clorhídrico. Éste es un factor que tiende a provocar una mayor economía de ácido cuando se emplea el primero de los citados. El contacto entre el herrín y el metal desempeña también un importante papel en el proceso del decapado, a causa de la diferencia de potencial existente entre el metal y el óxido, que facilita, a causa de las células electroquímicas formadas en presencia del ácido, la acción disolvente del mismo.

En el caso del ácido sulfúrico, una elevación de temperatura para incrementar la velocidad de disolución del metal y del óxido es menos eficaz que en el caso del ácido clorhídrico. El hierro metálico es mucho más soluble en este último que el óxido, y esta diferencia se acentúa al emplear ácido sulfúrico.

Ácido sulfúrico: El mejor ácido sulfúrico comercial tiene una concentración del 95 %; su acción sobre el hierro y el acero es pequeña. Empezando con una baja concentración de ácido, se observa que al aumentar la misma, disminuye el tiempo de decapado, hasta que alcanza un máximo cuando la concentración está próxima al 25 %; después, la velocidad del decapado disminuye rápidamente. El decapado con ácido sulfúrico deberá llevarse a cabo con ácido caliente; así podrá lograrse un mayor rendimiento.

La velocidad del decapado disminuye a medida que aumenta en la solución el contenido en sulfato ferroso.

El efecto retardador de las sales ferrosas es menor a elevadas que a bajas temperaturas, tanto en el caso del ácido sulfúrico como en el del ácido clorhídrico, y es debido a la mayor solubilidad de las sales a alta temperatura. Con bajas concentraciones de ácido sulfúrico el efecto es menos marcado que con las elevadas. Las sales férricas aceleran la velocidad de decapado.

Aunque en el caso del ácido clorhídrico la presencia del hierro puede acelerar la velocidad de decapado, dentro de ciertos límites de temperatura y concentración del ácido, una concentración excesiva de sales de hierro en toda clase de soluciones ácidas reduce muy considerablemente la velocidad de decapado

Ácido clorhídrico: El ácido clorhídrico comercial consiste en una solución acuosa al 30 a 35 % de ácido clorhídrico gaseoso. La volatilidad del ácido hace impracticable su empleo a elevadas temperaturas; a temperaturas superiores a 40° C, la velocidad de volatilización del ácido es realmente muy rápida. En la práctica actual, la velocidad de decapado se incrementa más con elevadas concentraciones de ácido que con una elevación de la temperatura.

Las concentraciones tienen poca influencia, y el principal método para incrementar las velocidades de decapado consiste en una elevación de la temperatura. La escasa volatilidad del ácido sulfúrico y su bajo precio hacen de él el ácido más empleado para el decapado. A veces se practica la adición de ácido clorhídrico al ácido sulfúrico. Con tales adiciones se acelera el decapado, y la mayor solubilidad del cloruro ferroso hace posible usar la solución mucho más tiempo.

Formación de lodo: Después del decapado, queda sobre la superficie del metal una capa de lodo adherente; mucho de este lodo se acumula también en la parte superior del depósito. En el decapado con ácido sulfúrico, el depósito contiene hasta un 0,6 % del hierro disuelto en el ácido; con ácido clorhídrico, la cantidad de lodo producida es menor. Este lodo contiene también una alta proporción de los metales nobles contenidos como trazas en el metal que se decapa, los cuales se precipitan sobre la superficie del acero.

El uso del ácido clorhídrico tiende, de esta manera, a dar una superficie más blanca y pulida que la producida por el ácido sulfúrico y es por ello preferido en algunas operaciones de estañado a pesar de su elevado coste y de su acción más lenta.

Es importante el lavado cuidadoso del metal decapado para quitar estos depósitos.

Agentes humectantes en el decapado: Hay una gran cantidad de materiales capaces de provocar una considerable reducción de la tensión superficial de las soluciones acuosas, aun cuando se añadan a éstas en cantidades muy pequeñas. Ejemplos típicos de compuestos de esta clase son los alkil-naftalen-sulfonatos, los compuestos de amonio cuaternario con largas cadenas laterales de hidrocarburos y los sulfonatos alifáticos (como los ésteres del ácido sulfosuccínico).

Los agentes humectantes para decapado deben ser estables en medio ácido y no deben resultar excesivamente espumantes. Disminuyendo la tensión superficial del ácido de decapado se consigue una mejor penetración de éste en la capa de herrín, y las burbujas de hidrógeno se desprenden más fácilmente; con ello se consigue que el ácido alcance la superficie del metal de un modo más rápido y uniforme y, por otra parte, se reduce la tendencia de los barros a adherirse. Finalmente, se pierde menos ácido por arrastre, con lo que se logra una reducción en el consumo total de ácido.

Lavado después del decapado:. Es esencial un lavado cuidadoso después del decapado, pues cuando se retira el metal de la solución, se adhieren al mismo considerables cantidades de sales de hierro conteniendo ácido interpuesto. Si se efectúa un lavado imperfecto, estas sales provocan la corrosión, y contaminan los depósitos con substancias perjudiciales para los tratamientos siguientes (baños de galvanizado, soluciones para recubrimientos, etc.). Las sales residuales pueden acumularse también en los poros del metal y exudar después, perjudicando a cualquier recubrimiento que se aplique ulteriormente

El metal decapado deberá lavarse primero en una corriente de agua fría, preferentemente en chorros pulverizados a alta presión. Deberá lavarse luego en otro depósito de agua corriente; este segundo depósito se mantendrá prácticamente aislado de la llegada de residuos ácidos. El metal será después sumergido en agua muy caliente para disolver las sales residuales, permaneciendo en el depósito el tiempo suficiente para que adquiera la temperatura del agua. Esto tiene por efecto quitar de los poros del metal la mayor parte del ácido. El metal retendrá también suficiente calor para secarse espontáneamente cuando se le saque del baño, a menos que tenga muy escasa sección.

Al sacarlo del agua, el acero decapado está expuesto a oxidarse muy fácilmente; generalmente se reduce esta tendencia adicionando cal al agua caliente del lavado final. Incluso se puede obtener una mayor protección temporal adicionando cerca de un 1 % de ácido fosfórico al agua, lo que da por resultado la formación de una delgada capa de fosfato sobre la superficie del acero.

El ácido fosfórico puede usarse solo como ácido de decapado para el acero; en este caso se emplea con una concentración aproximada del 15 °/o y a una temperatura cercana a los 71° C, pero el elevado coste del mismo se opone a la generalización de su empleo. Tiene la ventaja de que cualquier traza de ácido que pueda quedar en el material no provocará, en general, la corrosión, dada la insolubilidad y falta de higroscopicidad de los fosfatos de los metales pesados.

Decapado electrolítico: En el decapado electrolítico, el metal actúa como ánodo o como cátodo en una solución de un ácido o de una sal neutra. El decapado anódico es el preferible, pues se evita el peligro de que el material adsorba hidrógeno y adquiera la característica fragilidad debida al mismo al no desprenderse este elemento en el ánodo, lo cual es de temer cuando el decapado se efectúa en el cátodo. El herrín se elimina principalmente como resultado de la acción mecánica del gas puesto en libertad (durante la electrólisis) en la superficie del metal. Generalmente se usa como electrolito, ácido sulfúrico diluido, siendo la densidad de corriente de 2 a 10 amperios por decímetro cuadrado. Las dificultades de aplicar la corriente y la duda de saber si los resultados justifican el empleo de un equipo relativamente complicado han limitado la aplicación general del sistema.

El metal decapado por este procedimiento está sujeto a la fragilidad debida al hidrógeno, pero ello puede remediarse. El depósito de estaño puede dejarse sobre la superficie, y en este caso constituye una buena capa de preparación para un posterior esmaltado o pintado; también, si es necesario, puede ser rápidamente quitada mediante un tratamiento anódico en sosa cáustica. Se usan cátodos de ferrosilicio sobre los cuales se deposita el estaño, que luego pueden colocarse en el baño de decapado y de esta manera es recuperado el estaño.

Instalaciones de decapado y su funcionamiento:. Las primeras instalaciones consistían en depósitos de madera de pino de tea unida y ajustada mediante refuerzos de metal. Los depósitos de decapado se han construido también de pizarra, piedra, o incluso hormigón cubierto con betunes o productos asfálticos. Éstos tuvieron cierto éxito, pero había siempre el inconveniente de las juntas. Las composiciones para juntas resistentes a los ácidos existentes en el mercado, raras veces son capaces de sufrir las contracciones y dilataciones de los depósitos citados y de resistir la penetración del ácido, especialmente cuando se usa ácido sulfúrico caliente.

Cuando se utiliza el ácido sulfúrico como medio de decapado, los depósitos de madera se recubren con plomo para asegurar la impermeabilidad respecto al ácido; los depósitos recubiertos de plomo no son apropiados para el ácido clorhídrico, aunque pueden ser usados con los decapantes a base de ácido fluorhídrico. El interior de los depósitos se cubre generalmente con tablas de madera aplicadas sobre el plomo para prevenir de deterioros mecánicos al recubrimiento metálico blando. Los depósitos de acero se recubren, de una manera similar, de plomo, pero, así como la perforación del recubrimiento de plomo de un depósito de madera produce escasos perjuicios al depósito propiamente dicho y puede ser reparado con facilidad cuando la filtración del ácido es patente, un depósito de acero puede ser seriamente perjudicado por una filtración de ácido a través del recubrimiento.

Frecuentemente, se construyen los nuevos tipos de tanques de decapado con ladrillos resistentes a los ácidos, impermeables al líquido y unidos mediante un cemento especial. Tales ladrillos y composiciones se emplean también para los suelos de las salas de decapado y para las instalaciones de drenaje.

Un ulterior perfeccionamiento consiste en el empleo de tanques de decapado de materiales no metálicos, construidos con vrias clases de materiales fibrosos laminados e impregnados de resinas sintéticas, generalmente termoplásticas, del tipo fenol-formaldehido. Éstas son inatacables por los ácidos de decapado (excepto por los ácidos fuertemente oxidantes) y pueden soportar las temperaturas empleadas en los procesos de decapado. Estos materiales se emplean también con éxito en la construcción de los cestos de decapado y bastidores para transportar los objetos que deben ser decapados.

Recubrimientos de protección: Una importante mejora de las instalaciones de decapado ha sido la introducción de los recubrimientos de caucho y de ebonita. Éstos se aplican generalmente al acero, depositándolos homogéneamente sobre el metal; dichos depósitos son de una gran resistencia y tenacidad. Se emplean varios cementos, tales como derivados sulfonados del caucho obtenidos amasando, con los molinos de rodillos propios de la industria del caucho, ácido sulfúrico y goma.

En el recubrimiento de tanques, otro perfeccionamiento importante ha sido el empleo, en vez de goma, de plásticos apropiados (como el Vinilite, un vinilco-polímero), en forma de hojas.

Estos plásticos tienen sobre el caucho la ventaja de no ser alterados por los ácidos oxidantes en la mayor parte de las condiciones habituales a estas operaciones.

Sistema de aspiración: Es esencial poder disponer de un sistema realmente efectivo para la eliminación de los humos de los tanques. El primitivo sistema de eliminación por campana superior es anticuado, obstructivo y deficiente. Las modernas instalaciones usan una aspiración cruzada (es decir tangencial) a través de un estrecho conducto situado a un lado a todo lo largo del tanque, o, si éste es ancho, los hay en ambos lados. El conducto puede construirse de madera recubierta de plomo; de acero recubierto de caucho, etc.

Se han usado también conductos de asbesto, pero tienen la desventaja de ser quebradizos. Los aspiradores deben tener una potencia adecuada y aspas de plástico laminadas o de acero protegido por un recubrimiento resistente a los ácidos, que puede ser de resina o de caucho. Los conductos de humos se construyen con preferencia de acero recubierto de caucho; este tipo de construcción da gran flexibilidad al conjunto facilita la instalación de un sistema de extracción de humos que asegure un trabajo libre de perturbaciones durante un muy largo periodo de tiempo.

Calefacción: El caldeo de los tanques de decapado se efectúa corrientemente por inyección de vapor directo dentro de los tanques. El choque del vapor con el fondo de los tanques es perjudicial y debe, a ser posible, evitarse. Con este fin, se han desarrollado distintos tipos de inyectores fijos y rotatorios que hacen posible la introducción más uniforme del vapor dentro de la solución. Como la introducción de considerables cantidades de vapor, diluye la solución, se hace necesario el uso de serpentines; éstos pueden construirse de acero recubierto de plomo. Se han empleado con éxito calentadores eléctricos construidos de un metal o aleación apropiados o de sílice fundida.

A pesar de sus deficientes cualidades para la transmisión del calor, se han instalado serpentines de vapor de acero recubierto de ebonita. Se afirma que cierto tipo de recubrimiento de ebonita de 1,6 milímetros de espesor posee un coeficiente de transmisión del calor de más de 73,5 Cal/m2 hora.

Existen, también, instalaciones calentadas por gas. El calentamiento directo con llama desnuda debajo de los tanques no es satisfactorio, pero los gases quemados pueden inyectarse desde el lado del tanque en tubos que se extienden alrededor del mismo, cerca del fondo, y conectados todos ellos a un tubo vertical de humos para su evacuación.

Agitación de la solución: Es conveniente disponer de alguna forma de agitación del baño de decapado, puesto que ello ayuda a eliminar el hidrógeno de la superficie del metal y favorece que nuevas cantidades de ácido alcancen constantemente dicha superficie. Puede obtenerse la agitación en las soluciones calientes mediante el inyector de vapor; cuando se usan serpentines, puede obtenerse cierto movimiento de la solución mediante las corrientes de convección.

Las soluciones frías de ácido clorhídrico son propensas a estratificarse, a menos que se recurra a alguna forma de agitación: ésta es recomendable, incluso tratándose de soluciones calientes. Una de las razones del mejor comportamiento práctico de las soluciones de ácido sulfúrico caliente, comparadas con las de ácido clorhídrico a baja temperatura, se relaciona probablemente con el mejor grado de circulación del ácido como resultado del calentamiento.

El movimiento de la solución puede obtenerse por un método mecánico apropiado, balanceando los cestos de decapado en una dirección vertical, mediante el empleo de roscas o paletas movidas eléctricamente en la solución, o por aire comprimido. El primer método es el más corrientemente usado, pero muchas de las instalaciones pequeñas trabajan sin estos mecanismos.

IV. II) PULIDO

Para los acabados con fines decorativos, tales como el cromado brillante, y en muchas clases de trabajo en que se requiere un buen acabado, es necesario sin embargo cierto grado de pulido. Hay ciertos datos, no despreciables, que tienden a indicar que una superficie metálica pulida puede ser más resistente a la corrosión cuando se le aplica ulteriormente un recubrimiento electrolítico que si se trata de una superficie no pulida.

Hablando en un sentido amplio, los métodos en uso son:

a) Bruñido.

b) Pulido con abrasivos, usando ruedas flexibles, correas, discos, etc.

Actualmente, el bruñido es muy poco empleado en comparación con los otros métodos.

El método de pulido más generalmente empleado implica el uso de ruedas abrasivas flexibles de formas diversas.

a) Bruñido: Por bruñido se entiende la operación de alisar las superficies metálicas aplastando las irregularidades con ayuda de la presión; la operación se lleva a cabo mediante una herramienta dura, generalmente de acero o a veces de piedra dura, tal como el ágata o la hematites.

La herramienta debe mantenerse muy pulida, y para este fin se emplea una piel apropiada recubierta con polvos de masilla de bruñir. Durante el bruñido la parte que se bruñe se mantiene húmeda con una solución diluida de ácido acético (vinagre) o también hiel de vaca.

Los objetos se sumergen periódicamente en una solución de crémor tártaro para prevenir el deslustrado. Se dejan en esta última solución hasta que están listos para el secado final, que se efectúa sumergiéndolos primero en una solución de ácido nítrico diluido o cianuro sódico para abrillantar la superficie, después de lo cual se lavan y secan con agua caliente.

b) Pulido con abrasivos: Cuando se requiere un buen acabado, es necesario pulir los artículos mediante un abrasivo apropiado. Si el metal es muy basto y debe quitarse un exceso importante de metal, es precisa una operación preliminar de amolado. Son utilizables una gran cantidad de máquinas de amolar que hacen uso de sólidas muelas horizontales, de discos verticales, etc. Éstas pueden emplearse ya sea en seco o húmedo.

Son típicos entre los abrasivos para muelas: el esmeril (que se compone esencialmente de alúmina, óxido férrico, silicatos y distintas impurezas), que puede aglomerarse en forma de ruedas; la alúmina artificial, que ha reemplazado en gran parte a los abrasivos de sílice perjudiciales, tales como la piedra arenisca, y el carborundo, un abrasivo muy duro que se obtiene fundiendo carbón y sílice a las altas temperaturas del horno eléctrico.

Pulidoras: Los discos de pulir o las muelas deben montarse en un torno apropiado. El torno moderno para pulido a mano tiene generalmente dos muelas, que son movidas por un solo motor; por lo general, se acopla el motor directamente al eje, el cual suele tener un soporte extra en un cojinete colocado al final de la cubierta. La muela pulidora propiamente dicha se une al eje, ya sea por medio de un plato mordaza que pasa sobre su extremo roscado, o, mejor, mediante un final de eje cónico roscado sobre el que se fija directamente la muela. Este último dispositivo es muy rápido en su empleo y no necesita una ulterior fijación, puesto que la velocidad de rotación del eje tiende a sujetar la muela sobre él. El cambio de muela se efectúa muy rápidamente.

Máquinas automáticas para pulir: Actualmente, una gran parte del trabajo de pulido de metales se efectúa en máquinas automáticas, proyectadas a menudo para el pulido de la producción en masa de determinados artículos, tales como parachoques de automóvil, tapacubos, tubos, chapas de metal, etc.

Discos pulidores: Los discos para pulir se construyen de diversos materiales, tales como tejido, fieltro, cuero, etc. Los discos de tejido se construyen con piezas de lona, percal o indiana, etc., amordazadas y cosidas juntas. Para el pulido basto, y cuando debe quitarse una cantidad apreciable de metal, los discos emplean cabezas en cuya periferia, y por medio de cola, se aplica un abrasivo. Se emplea para cada operación sucesiva una serie de tales discos aplicando a la cabeza un abrasivo de grano más fino hasta obtener un grado de pulido suficientemente elevado. El arte de pulir los metales exige el empleo cuidadoso de una apropiada técnica de pulido cruzado, por medio del cual cualquiera de los arañazos dejados por los medios de pulido grosero se eliminan a cada nuevo paso.

La inmediata operación se efectúa con un tipo de discos sin cabeza formada, sobre las cuales se aplica el abrasivo pulidor sosteniendo una barra de una composición de pulir apropiada contra el disco mientras gira éste rápidamente. Finalmente, para conseguir el más alto grado de pulido, se realiza una operación de acabado empleando discos blandos con composiciones finas, tales como rojo de pulir, cal, etc.

Los siguientes tipos de discos de pulir se encuentran entre los mejores que se emplean en la industria:

a)Discos comprimidos: Estos discos se construyen con piezas de lona, cuero, fieltro, etc., montados en la periferia de una rueda, que puede ser de acero o de madera. Son sumamente duraderos y conservan su consistencia y forma original durante largos períodos de tiempo.

b)Discos de fieltro: Estos discos se emplean con los abrasivos de grano más fino, y son extremadamente flexibles. Se emplean cuando se requiere un alto grado de pulido. Sostienen bien el abrasivo y pueden hacerse de formas especiales para tratar piezas de formas intrincadas.

c)Discos recubiertos: Estos discos consisten en una parte central de madera alrededor de la cual se coloca una capa de piel o de fieltro. La madera suministra una base sólida que hace a este tipo de discos especialmente apropiados para pulir artículos planos.. Las pieles gruesas, como son las pieles de morsa, cuero de la piel del cuello de toro y otros tipos especialmente seleccionados y curtidos son los que, a causa de su flexibilidad, se prefieren para tales ruedas.

d)Discos para abrillantar: Los discos para abrillantar no utilizan cabezas pegadas; la composición abrasiva se les aplica estando el disco en rotación y apretando ésta contra ellos en forma de barra. Los discos para abrillantar se construyen de un cierto número de discos de algodón, cuero, etc., mantenidos juntos para dar un disco de pulir más sólido. El primer tipo se emplea para el acabado del níquel, latón, acero, etc., mientras que los discos cosidos se emplean para el desbaste de los metales blandos.

Los discos de trozos cosidos se elaboran con retales de material, en lugar de hacerlos de discos completos de tela. Son considerablemente más baratos que los discos completos de pulir.

Secado: La siguiente operación consiste en el secado del disco, y éste debe realizarse, si se desea obtener buenos resultados, bajo un estrecho control de las condiciones en que se efectúa. La cola de piel alcanza su máxima resistencia no cuando está completamente seca, como a veces se cree erróneamente, sino cuando retiene un contenido de agua del 10 al 12 %. El secadero debe, pues, ser controlado desde el punto de vista de la temperatura y de la humedad relativa, a fin de que el contenido final en humedad de la cola se aproxime a las condiciones para las cuales la resistencia es máxima. Las condiciones ideales de secado generalmente recomendadas son una temperatura de 30° C y una humedad relativa del 50%.

El tiempo de secado depende del espesor de la capa de cola que contiene el abrasivo y de la concentración de la cola usada (la cual a su vez depende del tamaño de grano usado para el abrasivo). Puede también variar en gran manera con el tamaño y naturaleza del material de que está construido el disco. Un secado deficiente debilita la cola; de esta manera el disco tiende a glasear y tendrá pobres cualidades cortantes. También es probable que se recaliente durante el trabajo y puede incluso quemarse. Por otra parte, si el disco ha sido resecado, la cola se vuelve quebradiza; de esta manera los gránulos abrasivos se desprenden fácilmente de la película adhesiva y el disco debe recubrirse de nuevo a poco de funcionar.

En las condiciones especificadas, el secado es generalmente completo de las 24 a 48 horas; los discos con gruesos recubrimientos requieren, naturalmente, un tiempo algo más largo. Debe procurarse una circulación de aire en el secadero.

IV. III) DESENGRASES PREVIOS

De la eficacia de los procesos de desengrase depende la adherencia del depósito metálico. La eliminación de todo rastro de grasitud es vital si los artículos están destinados a recibir un depósito electrolítico.

La eliminación defectuosa de la grasitud superficial del artículo a procesar, conduce a la formación de ampollas y/o depósitos poco adherentes que se desprenden o pelan. El proceso de desengrase previo consiste en quitar la grasa y aceite, ya sea del estampado, trefilado, embutido o pulido de la superficie de la pieza. Se puede realizar de diferentes maneras. Manualmente, se puede realizar mediante el cepillado con cal de Viena. También se puede usar un cepillo de bronce (grata) y cepillar mojando la pieza en una solución jabonosa (tensioactiva). Se suelen utilizar solventes para realizar la limpieza previa, pero resultan tóxicos y volátiles.

Estos actúan de tres maneras diferentes: emulsión, peptización y saponificación.

1) Por emulsión se entiende la formación de una mezcla de líquidos que no se separan en capas al reposar. La leche es el ejemplo más corriente de una emulsión. En el caso del desengrase de metales, la emulsión se compone de pequeños glóbulos de aceite en suspensión en la solución empleada.

2) Peptización es el término dado a la reducción de partículas sólidas de suciedad en una forma finamente dividida, con lo cual se eliminan fácilmente. Esto significa que cada molécula de tierra de pulir, grasa, restos de aceite de maquinado, etc., queda mojada y completamente rodeada de una capa de solución.

3) Saponificación es el nombre científico para la formación de jabón, que resulta de la acción química del álcali con grasas y aceites animales y vegetales. Los jabones así formados son solubles en agua, por lo cual, el artículo queda perfectamente limpio con un buen enjuague en agua.

Las soluciones emulsionantes de petróleo y white están en el mercado como desengrasantes en frío. La ventaja de las mismas es su fácil eliminación con agua después de la emulsión de la grasa. Su alto precio impide su comercialización masiva.

Son los disolventes clorados los que desde hace treinta años vienen conquistando el mercado. El tetracloruro de carbono, el cloroformo y el pentacloroetano son excesivamente tóxicos para su uso generalizado. En ciertos casos se utilizan como potenciadores de otros disolventes menos activos.

Un 1,1,1-tricloroetano estabilizado ha sido preconizado como menos tóxico que el tricloretileno, pero tiene mayor volatilidad y es un 30% más caro. El cloruro de metileno, muy usado en el decapado de pinturas, es inadecuado para desengrase industrial como componente único o principal.

El uso de los clorofluorocarbonados hace que en los momentos actuales, tengamos que desecharlos por las tendencias a nivel ecológico en vigencia (destrucción de la capa de ozono), quedándonos con el tri y percloretileno.

El tricloretileno se descompone a temperaturas superiores a 130°C y fácilmente libera ClH por acción de la luz que se cataliza por el agua y partículas de aluminio y magnesio, lo que puede acarrear ataque en las piezas metálicas. Se suele estabilizar con aminas para evitar este notable inconveniente.

Las cetohidrazonas, junto con los epóxidos, son apropiadas para estabilizar el tricloretileno, que en este caso puede emplearse en el desengrase del aluminio.

Más recientemente se viene usando el percloretileno, incluso en conjunción con pequeñas partículas de plástico (PVC), que sin disolverse, se reblandecen y actúan por fricción a modo de esponja.

Ambos tienen un gran poder disolvente para grasas y aceites, así como para resinas, ceras, asfaltos, parafinas, azufre, etc.

No son inflamables ni explosivos. Su toxicidad no es excesiva, y prácticamente no exigen grandes precauciones sino cuando se utilizan en fase vapor o en caliente o por aspersión a presión.

DESENGRASADO POR DISOLVENTES

El desengrase más simple es el que usa disolventes.

Los films de grasa que han sido adsorbidos se disuelven, pero hay otras sustancias que no pueden ser eliminadas por ellos, e incluso con las grasas tienen una limitación cuantitativa.

Los disolventes actúan por reacciones moleculares y para juzgar de las ventajas e inconvenientes han de considerarse unos principios básicos de su actuación:

1. Con el uso se incrementa la contaminación del disolvente que ha de ser regenerado por destilación.

2. Al retirar las piezas metálicas queda sobre su superficie una película de disolvente y una fracción de grasa disuelta que no evapora con el disolvente.

En los desengrases por emulsión, sea por impregnación con disolvente emulsionable y posterior emulsión por rociado con agua, o por empleo de disolventes ya emulsionados, juegan un importante papel las propiedades y reacciones coloidales en la peptización de la suciedad.

Frecuentemente encontramos resultados muy diferentes si una emulsión se produce añadiendo el disolvente emulsionable sobre el agua, que al revés, aunque llegando a la misma concentración final.

Los tensioactivos pueden clasificarse en aniónicos, en que el anión tiene actividad superficial; y catiónicos, en que la manifiesta el catión. No son afectados por las aguas duras y son fácilmente independientes del pH, excepto en la escala de mayor alcalinidad.

Su menor tendencia a espumar permite usarlos en condiciones mecánicas enérgicas. En una emulsión con aniónicos, la presencia de cargas eléctricas hace que el pH del medio, así como la presencia de otros iones, influya en la estabilidad de la emulsión.

Cuando se trata de procesar piezas por cantidad, la opción elegida es el desengrase por inmersión en una solución alcalina caliente compuesta por 50 a 100 gr/L de soda cáustica (NaOH) a una temperatura de 60°C.

En el proceso de desengrase por emulsión, es de uso convencional utilizar hidrocarburos o productos derivados clorados disueltos en agua.

DENGRASANTES EN CALIENTE

Por lo general, el desengrase en caliente es el método más difundido y común de los normalmente utilizados, especialmente en la primera eliminación de gruesas capas de aceite mineral.

En ciertos casos se adoptan métodos adicionales de acuerdo con el metal de base del que se trate.

Todavía se practica, proveniente de la más vieja escuela de plateros, el uso de la potasa cáustica (KOH) como desengrasante general. Sus propiedades detersivas son excelentes, pero debe emplearse con habilidad y cautela, ya que para algunos materiales puede resultar muy agresiva.

El estaño, el plomo, el metal inglés y el peltre tienden a disolverse en la solución de potasa, y el latón es manchado por ella si se deja en contacto demasiado tiempo.

También es muy frecuente trabajar las soluciones desengrasantes con temperatura y con electricidad, aumentando de esta forma considerablemente su eficiencia. Debe tenerse en cuenta que cada metal debe trabajarse con distinta concentración y en distintas condiciones, ya que los procesos que funcionan bien para ciertos metales, no lo hacen con otros.

Para la preparación de las soluciones de desengrase, deben usarse siempre aguas blandas, ya que las aguas duras poseen hexametafosfato de sodio, cuya sal incorporada a las formulas detalladas hará que el comportamiento cambie desfavorablemente.

La solución desengrasante se puede usar caliente o fría, según el caso, en un tanque de hierro soldado, que deberá tener algún tipo de recubrimiento interno de ebonita, flexi-glass, etc., el cual no deberá ser atacado por los productos químicos de la formulación elegida. El calentamiento puede realizarse mediante baño María, con calentadores de inmersión eléctricos, con serpentinas de vapor o bien con intercambiadores de calor.

Los artículos se cuelgan en la barra catódica o anódica, según el tipo de tratamiento especificado anteriormente. Con una tensión de 6 voltios a una temperatura de 82 a 93°C, se obtendrá una densidad de corriente catódica de 2 a 5 Amp/dm2 .

En estas condiciones se produce un burbujeo de la pieza en forma continua. Normalmente, para realizar un correcto desengrase, son necesarios 2 a 3 minutos de inmersión. Para evitar problemas con las soluciones desengrasantes, se recomienda retirar la materia grasa en suspensión, ya que de no hacerlo, puede volver a adherirse a nivel superficial sobre las piezas al retirarlas del mismo.

DESENGRASADO ELECTROLÍTICO

Resulta más conveniente que los artículos de latón, cobre y alpaca, después del desengrasante caliente usual sean tratados en un baño de desengrase electrolítico en frío. Se emplea una tensión de 4 a 12 voltios y una densidad de corriente, según la formulación elegida, de 1 a 43 Amp/dm2. Los artículos quedarán desengrasados con un proceso de 2 a 3 minutos de duración. Luego del desengrase, se enjuagan bien en agua corriente, limpia y fría, agitando enérgicamente. Debe tenerse especial cuidado con piezas huecas, ya que suelen llenarse de líquido, habiendo transporte de solución y pudiendo causar ello la contaminación de los baños subsiguientes.

Después de realizado el enjuague, se sumergen en agua ácida, la cual se prepara diluyendo ácido sulfúrico al 10%, se enjuaga otra vez en agua corriente, y entonces, la pieza quedará preparada para continuar el proceso. La inmersión en ácido sulfúrico diluido, tiene la finalidad de evitar transporte de residuos alcalinos a otros baños, y es imprescindible su realización para obtener un neutralizado perfecto. Esta operación, además, actúa como proceso superficial de activación, especialmente cuando debe depositarse algún metal sobre una base de níquel o niquelada, aunque posee las mismas propiedades sobre la gran mayoría de los metales de base.

Si los artículos deben recibir algún tratamiento en un baño cianurado o de pH superior a 7 (cobre al cianuro, latón, cadmio alcalino, etc.), entonces, es muy aconsejable una inmersión en alguna solución alcalina (tales como cianuro, hidróxido, carbonato, etc.) inmediatamente después del enjuague en agua y antes de sumergirlos en el baño galvánico. La función de este enjuague alcalino previo es eliminar restos posibles del enjuague ácido anterior. Se debe ser cuidadoso de no transportar restos de ácido a los baños alcalinos, ya que estos se estropearán irreversiblemente, debido a la formación de sales como sulfocianuros.

Los artículos a desengrasar se cuelgan de la barra catódica o anódica, según el tipo de tratamiento especificado.

Debe tenerse en cuenta si el proceso es anódico o catódico, ya que de aplicar la polaridad inadecuada, la pieza se estropeará irreversiblemente.

IV. IV) COBREADO

SOLUCIONES EMPLEADAS PARA EL COBREADO: Sólo dos son los tipos de solución que se utilizan en gran escala, esto es, las soluciones de cianuro y las soluciones ácidas. El primer tipo consiste esencialmente en una solución de cianuro cuproso en un cianuro de metal alcalino, con o sin varios agentes de adición. Las soluciones de cianuro tienen un excelente poder de penetración; no obstante, en general, son inapropiadas para la obtención de depósitos de un espesor apreciable, pero tienen la ventaja de poder ser aplicadas directamente a los metales ferrosos. Las soluciones ácidas consisten en una solución de sulfato de cobre y ácido sulfúrico, y se utilizan principalmente para recubrir aquellos metales que no son atacados químicamente por la solución, y especialmente cuando se requiere un espesor apreciable, como en galvanoplastia.

A) Soluciones de cianuro:

El baño de cobre cianurado, a pesar de los peligros que involucra su operación para la salud, y por sus desechos provenientes de aguas de enjuague, aún sigue siendo en algunos casos una opción insustituible.

Se recomienda la utilización de las formulaciones conteniendo sales potásicas, ya que aumentan considerablemente el rango de trabajo de las soluciones.

Los ánodos para todos los baños deben ser de cobre de la mayor pureza posible, libres de óxido. Ellos pueden ser laminados o elípticos. En algunas aplicaciones, es aconsejable utilizarlos con fundas.

Este tipo de solución se utiliza casi exclusivamente cuando se aplica el cobre como recubrimiento previo para el niquelado. El baño de cianuro consiste esencialmente en una solución de cobre en cianuro sódico o potásico, con un exceso de este último.

La solución trabaja normalmente a unos 32 a 38° C, con densidades de corriente de hasta 2 amperios por dm2. Una cantidad excesiva de cianuro da por resultado una gran proporción de hidrógeno desprendido, con la consiguiente disminución del rendimiento de corriente, y puede ser causa del levantamiento de los depósitos.

Cuando el contenido en carbonato llega a ser muy elevado, es de aconsejar la eliminación del exceso, ya sea apartando una parte de la solución, o todavía mejor, refrigerando la solución ligeramente por debajo de 0° C, con lo cual la mayoría del carbonato se separa por cristalización. Un nuevo método para la eliminación del exceso de carbonato consiste en el agregado de carburo de calcio. El carburo reacciona con el agua para formar hidróxido de calcio, que a su vez precipita el carbonato como carbonato de calcio. El lodo puede eliminarse por decantación y lavado.

Otros contaminantes son los orgánicos que causan un deposito poco uniforme, rugoso, picado y/o falto de cuerpo. En casos severos de contaminación orgánica suelen polarizarse los ánodos (se cubren con una película no conductora de sales de cobre), disminuyendo por consiguiente el flujo de corriente eléctrica. La alternativa valida para la recuperación del electrolito es el agregado de carbón activado, y posterior filtrado.

El cromo hexavalente, como contaminante, provoca depósitos incompletos en la zona de baja densidad de corriente. Los sulfuros producen coloraciones rojizas en las zonas de baja densidad de corriente. Pequeñas adiciones de cianuro de cinc, eliminan el contenido de sulfuro en los electrolitos.

Las soluciones de cianuro se aplican comúnmente en cubas de acero, aunque más recientemente se ha incrementado el uso de cubas recubiertas de goma.

Existen diferentes tipos de baños con los que se trabajan, algunos de ellos se detallan a continuación:

Baños de Cobre tipo "Strike" multipropósito: La finalidad principal de estos baños es la de depositar una película de cobre de gran adherencia, activar substratos pasivos, o como paso de seguridad luego del proceso de limpieza.

Los depósitos de los baños de cobre "Strike", normalmente están en el rango de espesores de 0,5 a 2,0 µm.

Existen dos formulaciones, una basada en sales sódicas y otra en sales potásicas, y ambas son de uso general. Según algunos autores, las sales potásicas admiten un rango de corriente mayor que las de sodio.

Este baño "Strike" de cobre, es uno de los más utilizados para el bañado del aluminio tratado con una solución de cincato (tratamiento previo). También puede ser usado sobre piezas de cinc y sus aleaciones, y diversos metales que pueden ser atacados por la acción de los distintos productos químicos o componentes de los demás baños.

El uso de la sal de Rochelle (tartrato doble de sodio y potasio), le confiere a la solución características de alta velocidad de depósito.

Baños de Cobre de alta eficiencia: Estos tipos de electrolitos están formulados para obtener depósitos de gran espesor, con un régimen de depósito veloz.

Se pueden obtener mejoras en el brillo mediante el agregado de aditivos o agentes inorgánicos a la solución de cobre. Dentro de los posibles, se encuentran el sulfito, bisulfito e hiposulfito de sodio.

El abrillantado puede lograrse también mediante la interrupción de corriente en intervalos repetitivos, o con equipos de corriente periódicamente reversa (PRC), con lo cual, también se mejoran las características del depósito electrolítico respecto a su estructura cristalina y granular. En esencia el procedimiento consiste en invertir periódicamente la corriente utilizando un ciclo relativamente lento. El ciclo exacto de inversión periódica se determina en cada caso experimentalmente, pero el más corriente es uno de 20 segundos de recubrimiento seguido de otro de 5 segundos de disolución a densidades de corriente muy elevadas. Aunque es obvio que este procedimiento tiene un rendimiento bajo por ciclo que otro con corriente continua normal, las elevadas densidades de corriente que pueden utilizarse significan que puede reducirse considerablemente el tiempo total invertido en obtener un recubrimiento de un espesor determinado.

B) Soluciones ácidas:

El cobreado ácido se efectúa a partir de una solución que consiste fundamentalmente en sulfato de cobre y ácido sulfúrico. Este tipo de soluciones tiene un bajo costo de preparación y los rendimientos anódicos y catódicos llegan al ciento por ciento en muchos casos.

El depósito de cobre logrado con este tipo de soluciones suele ser de color mate, y si se precisa una superficie brillante, requiere un considerable trabajo de "afino".

Es preciso limpiar mucho más cuidadosamente el metal de base antes de proceder al cobreado en baño ácido de lo que precisan las soluciones de cianuro, pues, a diferencia de estas últimas, la solución de sulfato no posee propiedades detergentes.

La presencia del ácido sulfúrico es esencial, pues evita la formación de precipitados de sales básicas de cobre y también aumenta la ionización y, por consiguiente aumenta la conductibilidad de la solución, reduce la posibilidad de que los electrodos se polaricen y ahorra el consumo de fuerza. Reduciendo la concentración de iones cobre de la solución, el ácido tiene también el efecto de producir depósitos lisos de pequeño tamaño de grano.

Comúnmente, se utilizan densidades de corriente de 2 a 6,5 amperios por dm2 . Las soluciones de cobre trabajan usualmente a temperatura ambiente, aunque a veces se utilizan temperaturas hasta de 50 °C. La elevación de la temperatura da lugar a la obtención de un depósito de cobre más blando. La agitación con aire aumenta la densidad de corriente que pueda utilizarse.

Se utilizan cubas de acero recubiertas de. goma. La parte exterior de la cuba debe recibir un tratamiento con pintura asfáltica anti-sulfúrica, puesto que la solución es muy corrosiva.

Los contaminantes más comunes en los baños al sulfato provienen de la descomposición de los abrillantadores (orgánicos), o por impurezas metálicas (sales con impurezas, cubas metálicas con recubrimiento defectuoso, etc.). En ambos casos, las características del depósito se ven alteradas. En el caso de las impurezas orgánicas, se debe tratar con carbón activado. En casos de contaminaciones severas, se debe tratar con agua oxigenada, o con permanganato de potasio. Una vez descompuestos los contaminantes orgánicos, se debe tratar finalmente con carbón activado.

A continuación se presentan los dos baños basados en soluciones ácidas más utilizados junto con sus características particulares:

Baños de cobre al sulfato convencionales: Estos baños resultan económicos de preparar, de operar y de neutralizar (tratamiento de aguas residuales).

Los componentes químicos básicos de una solución de cobre ácido son el sulfato de cobre y el ácido sulfúrico. Estas sales son altamente conductoras de electricidad y se disocian con facilidad, pudiendo así trabajar con densidades de corriente suficientemente elevadas.

Las piezas de hierro, deben ser cubiertas con una película previa de cobre alcalino o de un depósito de níquel "Strike", para evitar desprendimientos de las películas depositadas por oxidación del metal de base. Los baños normalmente se operan a temperatura ambiente.

En las soluciones semibrillantes y brillantes, el agente de adición utilizado para lograr este fin es la thiourea, que debe ser adicionada en cantidades exactas, ya que el exceso de este producto, favorecerá la polarización anódica, disminuyendo el rendimiento por el menor pasaje de corriente eléctrica y por la caída en el régimen de disolución anódica.

Se aconseja el tratamiento de las soluciones de cobre ácido que contengan este tipo de aditivo, ya que el mismo tiende a descomponerse con o sin el uso del electrolito. La forma más conveniente de evitar esto es realizar un tratamiento preventivo de la solución con carbón activado en forma total y periódica.

Por lo general, para realizar baños de cobre ácido sobre material ferroso, se aconseja un baño previo de cobre alcalino (flash o strike).

Se puede realizar un buen depósito de cobre ácido directamente sobre hierro, siempre y cuando el mismo haya sido inmerso un breve tiempo en una solución diluida de ácido arsenioso, que puede ser sustituida también por una sal de plomo o de antimonio.

Baños de cobre acido "UBAC"(Udylite Brigt Acid Cooper): El empleo del proceso "UBAC" produce depósitos de cobre de alto brillo, con excelente ductilidad y gran poder de nivelación.

Las propiedades atribuidas a este proceso, pueden ser resumidas en los seis puntos siguientes:

1. Los depósitos obtenidos poseen excelentes características de nivelación.

2. El depósito resulta de brillo especular trabajando en el rango de densidades de corriente normalmente empleadas. Puede ser niquelado y cromado directamente sin necesidad de repulido.

3. Las películas de cobre obtenidas mediante este proceso pueden ser repulidas fácilmente.

4. Los depósitos poseen ductilidad excepcional.

5. No se originan productos nocivos de descomposición durante la electrólisis, y el agente de adición no se deteriora con el tiempo.

6. La solución es muy fácil de controlar, ya que posee un solo agente de adición.

El aspecto más importante en el funcionamiento de este proceso consiste en la selección del tipo de ánodos. Es indispensable que los ánodos posean una determinada concentración de fósforo para poder obtener resultados óptimos con el proceso "UBAC".

El empleo de ánodos de material inadecuado dará lugar a la formación de grandes cantidades de iodo, que origina asperezas y picados. Es esencial una vigorosa agitación por aire, ya que la falta de ella daría lugar a la formación de depósitos "quemados" en las zonas de alta densidad de corriente, y poco uniformes en las de baja densidad.

En caso de que se desee obtener depósitos realmente lisos, es esencial efectuar una buena filtración. Para ello se requiere normalmente el empleo de papeles de filtro y un caudal mínimo por hora equivalente al del volumen del baño.

Estos baños de cobre, al igual que los procesos de cobre ácido convencionales, presentan un excelente poder de cobertura o micropenetración. En las piezas de fundición, no se han evidenciado dificultades para ser cobreadas con este tipo de soluciones. Otra ventaja del "UBAC" con relación a las piezas de fundición es que posee muy buena nivelación comparada con la nivelación negativa característica de la mayoría de los procedimientos de cobre alcalino cianurado. Además, posee gran tolerancia a la contaminación con cinc. De hecho, este proceso llega a trabajar satisfactoriamente con iguales concentraciones de cinc en solución que de cobre.

Otra interesante aplicación de este baño es que, según está comprobado, una delgada capa de cobre "UBAC", aumenta la excelente resistencia a la corrosión en un depósito triple compuesto por Níquel brillante, "Níquel-Seal" y Cromo.

IV. V) BAÑOS DE NÍQUEL

Los depósitos de níquel pueden ser usados con fines decorativos, en ingeniería o en electroformado.

Los niquelados decorativos se logran de un electrolito conteniendo agentes de adición orgánicos de diversos tipos. Los depósitos obtenidos resultan protectores, lisos, de alta nivelación y con un brillo especular.

Las aplicaciones en ingeniería, utilizan electrolitos que depositan níquel puro, y las características habitualmente necesarias para este tipo de aplicaciones son:

1. Alta resistencia a la corrosión.

2. Resistencia a la abrasión.

3. Soldabilidad.

4. Propiedades magnéticas.

Este proceso se lleva a cabo mediante una corriente continua aplicada a los electrodos, lo cual disocia en iones las sales contenidas en la solución, produciéndose un depósito de níquel metálico sobre e! cátodo (negativo), y disolución de níquel sobre el ánodo (positivo).

Es necesario, no obstante, tener presentes en la solución ciertos agentes reductores y compuestos químicos para favorecer la disolución de los ánodos y para hacer la solución más conductora, lo cual dependerá básicamente del contenido de sales disueltas, de manera que puedan circular altas corrientes por el electrolito con diferencias de potencial (voltajes) relativamente bajas.

Además, es esencial que todos los productos químicos empleados sean puros, porque la presencia de pequeñas trazas de impurezas en determinabas soluciones, incrementará la posibilidad de defectos y problemas aparentemente inexplicables.

Cuando las sales están disueltas en agua, el níquel en solución es bivalente (Ni+2). Mediante la circulación de corriente eléctrica, el ion metálico reacciona con dos electrones y pasa a su estado metálico (Ni°) sobre el cátodo. Lo inverso ocurre en el ánodo, donde el níquel metálico se disuelve formando iones bivalentes.

La reacción electroquímica es la siguiente: Ni+2 + 2 e- —› Ni°.

Ya que los iones metálicos convertidos sobre el cátodo a Ni°, son disueltos en la misma proporción en el ánodo, el proceso de niquelado puede operar sin interrupción durante períodos prolongados.

El rendimiento catódico real oscila entre 93 y 98 %, mientras que el anódico es del 100 %. Esta pequeña diferencia, hace que la .solución tienda a incrementar su concentración de iones níquel y a subir su pH lentamente en la medida en que la misma es utilizada.

Baño de Níquel tipo "Watts": Los componentes básicos de los baños tipo "Watts" son el sulfato de níquel, el cloruro de níquel y el ácido bórico.

El sulfato de níquel es la fuente de iones más importante en una formulación de este tipo, y su concentración limita la densidad de corriente del baño. En general, aumentando la cantidad de sulfato, se incrementará la densidad de corriente, y debido a ello, se obtendrán mayores velocidades de depósito. El cloruro de níquel, incrementa la corrosión anódica (disolución del ánodo para formar iones níquel) y la conductividad del electrolito. Al incrementar la conducción de la solución, se puede reducir el voltaje para lograr la misma densidad de corriente. El ácido bórico ayuda a producir depósitos más blancos, lisos y dúctiles.

Para un correcto funcionamiento, se recomienda aplicar agitación catódica, de la solución, o bien ambas simultáneamente.

Para obtener uniformidad en los depósitos, es necesario adicionar agentes humectantes aniónicos o también llamados antipicaduras (del inglés: anti-pitting). Las picaduras son producidas por las burbujas de hidrógeno que quedan adheridas superficialmente al cátodo durante la deposición.

Un agente humectante muy utilizado es el lauril sulfato sódico.

Las variables a controlar en un baño de níquel son: la temperatura, el pH y la agitación. Generalmente al incrementar la temperatura, dentro del rango de trabajo, permite incrementar las densidades de corriente de operación, con menor voltaje entre electrodos. Esto resulta en una menor dureza del depósito y una mayor ductilidad.

La baja del pH, también permite incrementar la densidad de corriente, pero baja la eficiencia catódica.

Baños de Níquel al Cloruro: Los únicos componentes de esta solución son el cloruro de níquel y el ácido bórico. Los depósitos son de grano fino, duros, con cuerpo, pero menos dúctiles y con más tensiones internas que los baños del tipo "Watts".
Baños de Níquel Brillante: Este tipo de soluciones contienen por lo menos dos clases de agentes de adición, los cuales se complementan entre sí para la obtención de depósitos electrolíticos de muy alto brillo. Ellos son adicionados sobre una formulación típica. Por lo general, la solución adoptada es del tipo "Watts".

La primer clase de aditivos actúan sobre el depósito inicial de níquel, consiguiendo un buen brillo que con el transcurso del tiempo, se pierde paulatinamente al incrementarse el espesor la película electrodepositada. Dentro de esta clase de aditivos se incluyen los compuestos como el ácido benzol disulfónico y trisulfónico, el ácido naftalen trisulfónico y los bencenos sulfonados. Estos compuestos intervienen en la reacción controlando la estructura y el régimen de deposición. Además, son reducidos electrolíticamente en el cátodo, incorporándose al depósito como azufre en forma de sulfitos. El contenido típico de azufre en un depósito de níquel brillante es de 0,06 a 0,10%

La segunda clase de agentes de adición son los denominados "niveladores", ya que ellos actúan produciendo una superficie de depósito de mayor lisura a medida que el espesor se incrementa. Estos tipos de aditivos están exentos de azufre y generalmente son compuestos orgánicos solubles.

La acción de estos en la electrólisis produce residuos carbonosos que son codepositados junto con el níquel. Ejemplos típicos de este tipo de agentes niveladores son el formaldehído, la cumarina, el hidrocianoetileno y el butinediol.

La combinación de las dos clases de aditivos orgánicos descriptos hace posible la obtención de depósitos brillantes y con un gran poder de nivelación en una amplia gama de espesores de recubrimientos.

Ciertos cationes (cinc, selenio, cadmio, etc.) incrementan el brillo del depósito de níquel, y han sido utilizados con frecuencia en combinación con los aditivos de la primer clase como compuestos abrillantadores metálicos.

Las variedades de níquel semibrillante, constan de la misma formulación que las convencionales, con la diferencia que los aditivos que estas utilizan son exclusivamente metálicos y sus depósitos debían ser abrillantados mecánicamente.

Baños de Níquel Industriales: Los recubrimientos de níquel son muy utilizados para aplicaciones de ingeniería, por las características que este metal posee a la corrosión y, además, por las propiedades que le confiere a la superficie, tales como dureza, magnetismo, resistencia a la abrasión, etc. En este tipo de aplicaciones, el aspecto estético queda relegado a un segundo plano, tomando mayor importancia las características físicas de los depósitos.

Las propiedades mecánicas están directamente ligadas a la composición química del electrolito y a sus condiciones de trabajo. El pH, la densidad de corriente y la temperatura influyen en forma directa sobre dichas propiedades, especialmente en una formulación tipo "Watts" son utilizados en las industrias químicas del petróleo, de la alimentación y de bebidas.

La resistencia a la corrosión se optimiza regulando el espesor de la película electrodepositada, dependiendo este de qué tan-severa resulte su aplicación o el ambiente al cual estará expuesto.

MANTENIMIENTO DE LAS SOLUCIONES DE NÍQUEL: Si el niquelado no presenta defectos, se deberá controlar periódicamente, para los baños comunes lo siguiente: el pH, el contenido de níquel metálico, de iones cloruro, de ácido bórico y la densidad o peso especifico.

El análisis químico cualitativo total solo se efectúa cuando se determinan grandes anomalías en el depósito y deba llevarse a este a las condiciones originales de régimen.

DESARROLLO PARA EL CROMADO POSTERIOR: Generalmente se utiliza en primer lugar un baño de cobre UBAC, seguido de una gruesa capa de níquel que resulta ser el principal factor de prevención de la corrosión. Esta capa puede ser desarrollada de distintas formas con las que se alcanzan resultados muy diversos.

Níquel Duplex-Cromo: estudios cuidadosos demostraron que el aumento de la protección contra la corrosión mediante este método es mas aparente que real y que el sistema solo presenta resultados mediocres. El proceso consiste en aplicar una película brillante, cromado posteriormente, sobre una película de níquel semibrillante oxidada. La adherencia es muy pobre pero esta falla no se evidencia a no ser que la pieza a ensayar sea doblada después de su acabado. La oxidación de la película de níquel semibrillante puede producirse como consecuencia del efecto de la bipolaridad en cualquiera de las soluciones brillantes o semibrillantes.
Tri-Ni: este proceso y el que se dará a continuación (níquel-Seal) se introdujo como mejora al de níquel-duplex. En este sistema se intercaló una tercera película de níquel entre las dos características del proceso Níquel Duplex. Con esto la penetración hacia el interior de las retículas de corrosión quedan eliminadas o reducidas. La tercera capa de níquel que se agrega tiene un alto contenido de azufre (del orden del 0.1 al 0.2 %). Este elevado contenido de azufre asegura que la capa intermedia de níquel se comporte anódicamente con relación a la de níquel brillante y semibrillante y por tanto cualquier fenómeno de corrosión que pueda ocurrir es de tipo lateral en vez de vertical. Esta corrosión lateral puede extenderse ampliamente y los poros anchos y poco profundos que se producen son pocos visibles.
Níquel-SEAL: en este proceso se incrementa notablemente el número de posibles puntos de corrosión, de esta forma se consigue que la velocidad del ataque resulte sensiblemente menor al compararlo con el comportamiento de los depósitos de níquel-cromo que poseen relativamente poca porosidad. El principio básico del proceso consiste en tratar de igualar las superficies anódicas y catódicas.
SATYLITE: mediante este proceso pueden producirse depósitos satinados directamente en la cuba de niquelado. Los depósitos de SATYLITES cromados posteriormente poseen una fenomenal resistencia a la corrosión, siempre y cuando los depósitos de cromo no fueran excesivamente gruesos. El método consiste en incluir partículas solidas no conductoras de tamaño cuidadosamente seleccionadas, luego de esto la fina película de cromo depositada es excesivamente porosa, la razón de esto, es que algunas de las partículas no conductoras embebidas en la película de níquel sobresalen de la superficie y por lo tanto en tales puntos no tienen lugar la deposición de cromo, lo cual es la causa de que se observe la microporosidad.

PROCESO DE CROMADO

En la práctica corriente de los acabados metálicos, el cromo se aplica generalmente en forma de depósito sumamente delgado (aproximadamente de 0,000025 a 0,00005 cm. de espesor) para comunicar resistencia al deslustre a un depósito electrolítico subyacente (generalmente de níquel), que sirve de principal protección al metal de base al que se aplica.

Prácticamente, todo el cromado actual se efectúa, mediante una solución de ácido crómico que contiene una pequeña pero bien determinada proporción de sulfato, ácido sulfúrico generalmente, al que se añade a veces cierta cantidad de sulfato sódico. Las concentraciones absolutas de ácido crómico y sulfato en el baño, son de importancia secundaria con relación al factor principal, que es la relación de ácido crómico a sulfato. Esta relación es mejor mantenerla alrededor de 100:1, y dentro de los límites de 200:1 y 50:1, relaciones de concentraciones límites entre las cuales se efectúa el depósito.

LA SOLUCIÓN ELECTROLÍTICA: El ácido crómico es un ácido fuerte y se suministra para dedicarlo al cromado, en forma de escamas rojo oscuras; debe estar absolutamente libre de un exceso de ácido sulfúrico o sulfato a causa del peligroso efecto de la concentración de estos catalizadores ácidos sobre la manera de trabajar de la solución.

REACCIONES ANÓDICAS Y CATÓDICAS: En el curso de la electrólisis, parte del contenido de cromo hexavalente de la solución es reducido en el cátodo a la forma trivalente; aunque en el ánodo tiene lugar cierto grado de oxidación, éste no es de ningún modo completo, por lo que durante el funcionamiento normal se acumulan en la solución compuestos de cromo trivalente, esto es, sulfato de cromo, Cr2(S04)3, y dicromato crómico, Cr2(Cr2Oi)3. Aunque parte se pierde por "arrastre", no debe permitirse que su concentración llegue a ser excesiva, puesto que los compuestos de cromo trivalente tienen el efecto de estrechar los límites de las condiciones de trabajo de la solución de cromado brillante y de disminuir su conductibilidad. Por otra parte, una moderada concentración de cromo trivalente parece incrementar algo el poder de penetración de la solución.

Si fuese necesario reducir el contenido en sulfato, esto se efectúa mejor por adición de hidróxido bárico, Ba(OH)2 . 8 H20.

TEMPERATURA: Debido a la extrema dureza de los depósitos de cromo y de la natural dificultad de pulirlos, es mejor, si es posible, producir los recubrimientos brillantes directamente a partir de la solución. En general los límites de las condiciones del recubrimiento brillante son función de la temperatura y de la densidad de corriente; se necesitan temperaturas más altas cuanto mayores son las densidades de corriente.

Los depósitos brillantes no pueden obtenerse fácilmente a temperaturas por debajo de unos 27 °Coadensidades de corriente menores de 4,3 amperios por dm2.

RENDIMIENTO Y DENSIDAD DE CORRIENTE: La eficacia catódica o rendimiento de una solución de cromado, aun bajo las mejores condiciones, es muy baja. Es más alta cuando el baño trabaja en frío, y pueden obtenerse entonces rendimientos del 35 al 40 %. No obstante, los depósitos obtenidos en estas condiciones son de aspecto garrapiñado y duros. Dentro de los límites del recubrimiento brillante, esto es, a temperaturas de unos 38 a 43° C, el rendimiento es mucho más bajo y no excede usualmente del 10 al 15 %.

En la práctica, se utilizan más comúnmente densidades de corriente de 11 a 21 amperios por dm2; los voltajes que se necesitan usualmente son de 5 a 8 voltios con las soluciones de baja densidad, ó 4 a 6 voltios con las soluciones más conductoras de mayor densidad.

PODER DE PENETRACIÓN: El poder de penetración de las soluciones de cromado es muy bajo, y en algunos casos pueden ser necesarios ánodos auxiliares en forma de tiras de plomo o alambres para facilitar el recubrimiento de las superficies recónditas. A causa del bajo rendimiento catódico de la solución, se desprenden grandes cantidades de gas, y si los objetos que se tratan contienen agujeros, la corriente de burbujas de gas liberado puede impedir en gran manera la formación del depósito sobre la superficie próxima a ellas. Por esta razón, es mejor tapar estos agujeros durante el cromado.

Además, desgraciadamente, el poder de penetración es reducido por las elevadas temperaturas necesarias para el recubrimiento brillante; las soluciones frías que dan depósitos mates tienen mejor poder de penetración. Para una temperatura determinada, se consigue un aumento del poder de penetración elevando la densidad de corriente, y por esto es conveniente trabajar a las mayores densidades de corriente posibles dentro de los límites de cromado brillante si se trata de obtener una mejor "penetración". Se ha comprobado también que las soluciones de baja densidad tienen mejor poder de penetración que las de mayor densidad, y que una elevada proporción de sulfato tiende a aumentar el poder de penetración.

DEFECTOS EN EL CROMADO: Entre los defectos más corrientes en el cromado están los que consisten en:

a) Depósitos estriados: Éstos se ponen de manifiesto en forma de rayas blancas o lechosas sobre la superficie recubierta y generalmente son el resultado de efectuar el recubrimiento a densidades de corriente demasiado bajas.

b) Depósitos mates: Para eliminar este defecto debe aumentarse la temperatura del baño.

c) Depósitos delgados o descoloridos: Pueden ser debidos a una excesiva temperatura del baño que disminuye la velocidad de formación del depósito. La proporción del sulfato puede ser también causa de decoloración; una relación baja da un depósito amarillento.

d) Depósitos quemados: Los depósitos quemados son el resultado de una densidad de corriente excesiva, y pueden corregirse reduciendo ésta o mediante el uso de pantallas en los bordes o aristas.

e) Superficies no recubiertas: Éstas son generalmente el resultado del desprendimiento de gas que evita la formación del depósito en ciertas zonas. Este defecto puede corregirse prestando cuidadosa atención a la forma de colocar los objetos en los bastidores con relación a los agujeros y cavidades de los mismos.

Partes: 1, 2

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