Latones y zamak para componentes en contacto con el agua potable (página 2)

En definitiva las normas respecto a estos artículos, aunque preferenciando para su fabricación los bronces y los latones, no excluyen en absoluto la utilización de ningún otro material, por lo que los proyectistas y diseñadores disponen de un extenso campo de posibilidades en lo que afecta a los materiales a emplear con las limitaciones que imponen los procesos industriales y las inherentes a los costes, pudiéndose utilizar, además de la extensa gama de las citadas aleaciones de cobre para fundir por gravedad o por baja presión, los plásticos, aceros inoxidables, etc. No obstante en la práctica la aleación mas utilizada es el latón sobre el que me extenderé en las próximas líneas

Mucho mas amplio todavía es el criterio de las normas para aquellos otros elementos y componentes que no permanecen en contacto con el flujo del agua potable, ni estén sometidos a esfuerzos derivados de la presión en la red de distribución, como pueden ser, por ejemplo, en los casos de las griferías y válvulas domesticas, los dispositivos de maniobra y piezas de accionamiento (crucetas, manecillas, tiradores, pomos, etc.) donde la gama de materiales que se pueden utilizar es enorme ya que las restricciones se limitan a la resistencia a la torsión y que la temperatura de la superficie, en las condiciones fijadas en la norma, no exceda de los 45 ºC (excluido el inversor), aunque al margen de la literalidad de la norma y habida cuenta de su empleo, es obvio que en estos componentes también deben contemplarse aspectos como la ausencia de porosidad, riesgos de corrosión en el contacto entre metales, imputrescibilidad, ausencia de tensiones internas, etc. o los materiales frágiles cuya fractura sea cortante (entre otros la porcelana, gres, vidrio, piedras semipreciosas, etc.)

Para estas últimos componentes se ha generalizado desde los años 80 la aleación de cinc "zamak", aplicada con éxito para fabricar muchos otros productos permitiendo, por una parte, obtener formas y geometrías no posibles con otros materiales a excepción de los plásticos, y por otra conseguir notables mejoras de acabado superficial debido a su estabilidad dimensional y a la tersura obtenible en las superficies, suprimiendo procesos de limado y pulido que fatalmente introducen, en las piezas fundidas de latón y bronce y en menor proporción en las prensadas, variaciones poco controlables de las formas originalmente proyectadas (especialmente en aristas y curvas de pequeño radio). No obstante hay que tener en cuenta que las normas especifican que los materiales que no tengan suficiente resistencia a la corrosión, como es el caso de algunos metales, deben protegerse adecuadamente del agua que circule por su interior y frente a la humedad y agresividad medio ambiental. Esta protección se obtiene bien con recubrimientos orgánicos (pinturas, barnices, lacas y esmaltes) o bien mediante recubrimientos electrolíticos que, en los latones son generalmente de níquel y cromo y en el caso del zamak suelen ser de cobre-níquel-cromo.

En los plásticos, no afectados por problemas de corrosión, es la escasa dureza, baja resistencia a la abrasión, su vulnerabilidad frente a ciertos disolventes comunes y la estética los que aconsejan, según los casos, la aplicación de ciertos recubrimientos orgánicos o bien electrolíticos. Tampoco debe olvidarse la posibilidad que tiene el zamak, al igual que los restantes metales y algunos plásticos, de incorporar los recubrimientos tribológicos de PVD (Physical Vapour Deposition), de CVD (Chemical Vapour Deposition) o de PECVD (Plasma Enhaced Chemical Vapour Deposition) o los mas recientes a base de aleaciones de níquel y tungsteno, que en determinados casos están substituyendo o substituirán a los recubrimientos electrolíticos a base de níquel y cromo que, entre otras particularidades no afectan al medio ambiente ni a la salud

Figura 2. Denominaciones de los latones con plomo según distintas normas

Un aspecto poco conocido del proceso de corrosión que afecta a los elementos metálicos presentes en una red de distribución de agua potable, es la valoración del tipo y la cantidad de sustancia que se solubiliza. Habitualmente el problema es analizado con la óptica de limitar los daños a los dispositivos y conducciones, habiéndose prestado poca atención a las repercusiones que tal proceso tiene sobre la calidad del agua distribuida, sin embargo actualmente, como vamos a ver, este aspecto está adquiriendo relevancia analizándose aspectos hasta hace poco descuidados, entre ellos el incremento de las concentraciones de metales ocasionado por la corrosión electroquímica y mecánica y que hoy por ejemplo están limitados a 2 mg/l para el Cu, a 50 ?g/l para el Cr, 20 ?g/l para el Ni, 200 ?g/l para el Fe, 200 ?g/l para el Al y a 25 ?g/l para el Pb (que a partir del 2015 deberá ser de 10 ?g/l)

Latones

El latón es una aleación de Cu y Zn. Sus propiedades mecánicas varían enormemente en función de su composición y la forma de trabajo. Existen alrededor de 70 aleaciones distintas de latón, cada una con características específicas.

2.1.- DESIGNACION

La designación del cobre y las aleaciones de cobre forman parte del "Unified Numbering System" (UNS) para metales y aleaciones, normalizado por "American Society for Testing and Materials" (ASTM) y la "Society of Automotive Engineers" (SAE). Pero el sistema de denominación más antiguo es el desarrollado por "Copper Development Association" (CDA), actualmente todavía utilizado.

Sistema UNS:

El cobre y las aleaciones de cobre se designan por 5 dígitos numéricos precedidos de la letra "C". En realidad este sistema añade dos dígitos a la designación de CDA. Por ejemplo el latón libre de mecanizado en CDA se denomina con el número: 360, y en sistema UNS: C36000.

El sistema UNS clasifica el cobre en dos grandes grupos. Aleaciones para forja, denominadas entre C10000 y C79999, y aleaciones para colada denominadas entre C80000 y C99999. En los dos casos se clasifican en familias como: cobres, aleaciones de alto contenido en cobre, latones, bronces, cupro-níqueles y níquel-plata. Las aleaciones que no se encuentran en estos casos se clasifican como "otras aleaciones de cobre-cinc" en aleaciones para forja y "aleaciones especiales" en aleaciones para colada

Figura 3. Tipos, composiciones y aplicaciones de los latones ternarios

Sistema ISO:

La Organización Internacional de Normalización (ISO) describe el sistema composicional en ISO 1190 Part1. Se basa en los símbolos de los elementos de aleación puestos en orden decreciente del porcentaje. Por ejemplo: CuZn39

Sistema CEN:

El sistema ISO es difícil de manejar cuando se tratan de aleaciones complejas, por eso en Europa se ha formulado un nuevo sistema de numeración, por el "Comité Européen de Normalisation" (CEN). El CEN/TC 132 describe un sistema de seis dígitos alfa-numéricos. La primera letra es: "C", que indica aleación de cobre. La segunda letra indica el estado del material: "W" para material de forja, "C" para colada, "B" en forma de lingotes y "M" para aleación madre. Los tres números siguientes se usan para identificar el material, el rango va de 001 a 999, y finalmente la última letra se usa para identificar la clasificación individual del grupo.

2.2.- PROPIEDADES

En general, poseen las propiedades esenciales del cobre (dúctiles, maleables, buenos conductores, etc.), pero con un menor coste, mayor facilidad para ser trabajados y algo más de resistencia mecánica. Su color varía entre un gris oscuro hasta un amarillo a medida que disminuye el contenido en cinc. La película superficial sobre el latón en agua potable está compuesta mayoritariamente por Cu2O y por oxohidroxidos de Zn siendo difícilmente reducible. Tienen excelente resistencia a la corrosión, siendo económicamente la primera opción para muchas aplicaciones. Con la exposición al aire libre se puede crear una fina película protectora no muy estética de carbonato cúprico. En ambiente salino hay que procurar escoger aleaciones con adiciones de estaño (admiralty brasses) y en los latones con un contenido en cinc superior al 15%, debe contemplarse la producción de un proceso de descinficación, por eso se adiciona pequeñas cantidades de arsénico a las aleaciones alfa para ser más resistente a este tipo de corrosión.

Las conductividades eléctrica y térmica son propiedades secundarias, siendo el objetivo principal de las aleaciones de cobre conseguir buenas propiedades mecánicas, facilidad de conformación, tanto por forja como por moldeo, y alta resistencia a la corrosión. Esta última propiedad quizás sea la más importante, puesto que, al igual que los aceros inoxidables especiales, el cobre es el único metal apto para ambientes agresivos con un costo considerablemente más bajo que el de los aceros. Estas aleaciones poseen un contenido en cinc máximo de 50%, pues a porcentajes superiores las aleaciones resultantes son muy frágiles; también el peso específico depende del porcentaje de aleación así como las demás propiedades físicas entre ellas las mecánicas en las que además influye el proceso que se haya utilizado en ellos, así por ejemplo los deformados en frío, igual que ocurre con el cobre, son mucho mas resistentes que los latones recocidos.

El latón es menos resistente que el cobre a la acción de los agentes atmosféricos, pero resiste perfectamente el agua y el vapor recalentado, sobre todo el latón con constituyente "?", así como bastante bien la acción del agua del mar, sin embargo resiste mal la acción de los ácidos sulfúrico y clorhídrico.

2.3.- CLASIFICACIONES

Estas aleaciones se dividen, al igual que los bronces, en ordinarios (binarios) y en aleados. Los ordinarios son los formados únicamente por cobre y cinc, y pueden dividirse en dos grupos: latones para moldeo y latones para forja. Los latones para moldeo requieren de pequeñas cantidades de otros elementos que faciliten su moldeabilidad. Por su parte, los latones para forja se dividen a su vez en latones rojos, utilizados en joyería y decoración y en la fabricación de tubos flexibles, y en latones amarillos empleados para la fabricación de muelles y resortes.

Los latones aleados son actualmente en Europa los materiales base para la fabricación de los cuerpos fundidos y estampados (prensados) de muchos de los dispositivos y componentes de las redes de agua potable y entre ellos de las griferías y válvulas domesticas e industriales, utilizándose también para piezas de decoletaje y micromecánica, siendo habitualmente empleados, entre la amplia gama existente, las aleaciones de 35 % a 42 % de cinc, es decir de latones "(+?" (ver diagrama de fases Cu-Zn de la figura 4), en los que se consideran buenas las impurezas que benefician las propiedades mecánicas (aluminio, estaño, el hierro y el níquel) o favorecen la resistencia a la corrosión como el aluminio, el estaño y el níquel, siendo por el contrario perjudiciales el antimonio el arsénico, azufre, bismuto, cadmio, fósforo, magnesio y silicio. La influencia de estos elementos depende esencialmente de los porcentajes en la aleación y de la presencia de otros elementos con los que interactúan modificando su influencia. Su peso especifico es del orden de 8,3 y la dureza Brinell viene a estar comprendida entre 82 y 65 (a mayor porcentaje de cobre mayor dureza, aunque a partir del 75 % de cobre la dureza vuelve a disminuir). Este material no es inyectable con lo que no son obtenibles o fácilmente ejecutables determinados diseños y formas que en el caso de los órganos de maniobra diferencian en gran forma a fabricantes y modelos. En el caso de estas piezas específicas son dos las jerarquías de materiales particularmente adecuados para hacer piezas por inyección: por una parte la extensa gama de los plásticos técnicos y composites y por otra, entre los metales, las aleaciones de cinc-aluminio (zamak).

2.4.- LATONES BINARIOS Y ALEADOS

Diferenciaremos, como hemos dicho, entre los latones ordinarios o binarios constituidos por cobre y cinc y los aleados o ternarios en los que además esta presente un tercer elemento característico de la aleación.

Considerando el latón binario, en el diagrama de fase Cu-Zn (ver Figura 4) están presentes las siguientes fases principales:

Solución sólido "?" de cinc en el cobre de carácter metálico, que cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras. Es maleable.

Solución sólida "?" de cinc en el cobre de carácter metálico, que cristaliza en el sistema cúbico centrado. Es maleable, pero más duro que la "?"

La fase "?", de carácter no metálico, posee una estructura de cristales gigantes multiatómicos formados por 52 átomos. Este constituyente es frágil y muy duro.

Figura 4. Diagrama de fases Cu-Zn

Los latones industriales con porcentajes de cinc inferiores al 40 % presentan las propiedades esenciales del cobre, con un precio inferior y una mayor facilidad para su trabajo, puesto que el cinc aumenta su fusibilidad, su facilidad de moldeo y su resistencia mecánica.

Las aleaciones de porcentajes de cinc comprendido entre 0 y 33 % aproximadamente son monofásicos, denominándose también como latones de trabajo en frío, iniciando su solidificación al descender su temperatura de la línea de líquido, con la formación de cristales "?" hasta que, al llegar a la línea de sólido, toda la aleación queda solidificada en forma de solución "?", no habiendo variación de la fase "?" a partir de estas temperaturas.

Las de porcentaje de cinc comprendidas entre el 33 y el 37 % aproximadamente al descender su temperatura a los 902 ºC se produce una reacción entre el líquido y los cristales "?", formándose cristales "?", cuya presencia es deseable cuando se buscan buenas propiedades para el mecanizado, quedando finalmente la aleación duplex de constitución "?+?". Estos latones tiene una excelente comportamiento en frío (embutición y estampación) y buena en caliente.

Las de porcentaje de cinc comprendidas entre el 37 y el 57 % aproximadamente, indican la solidificación con la formación de cristales "?"; pero al descender la temperatura, una parte de ellos se van transformando en "?", quedando finalmente constituidas, en las aleaciones de porcentajes comprendidos entre el 35 al 45.7 % de cinc, por cristales "?+?", trabajándose fácilmente en caliente. Al seguir enfriando estas aleaciones hasta la temperatura de 454 ºC, se observa que la fase "?" se transforma en la fase "?´" que se diferencia de la anterior en que tiene todos los átomos colocados ordenadamente en la estructura atómica de los átomos del disolvente frente a los "?" que los tiene colocados desordenadamente.

En las aleaciones de mas del 50 % de cinc, se forma el constituyente "?" que es muy duro y frágil, por lo que estas aleaciones no tienen interés desde el punto de vista industrial. Todas estas particularidades deben ser tenidas en cuenta para comprender el fundamento de los tratamientos térmicos de los latones que están basados en las transformaciones que experimentan los contribuyentes citados en los calentamientos y enfriamientos.

De una forma simplista los latones comunes también pueden dividirse en dos grupos: latones para fundir, que contienen pequeños porcentajes de otros elementos para facilitar su fusibilidad y moldeabilidad, y los latones de forja, que a su vez se suelen clasificar técnicamente en otras dos clases, según el principal constituyente que los forma : Latones "?" y latones "?+?". Para la obtención de piezas coladas por gravedad o procedentes de barra por estampado en caliente o por decoletaje, se parte de latones bifásicos (?+ÃY) al plomo, ya que el latón en fase ? resulta frágil y no se puede colar por gravedad ni mecanizar en frío.

En el caso de que se parta de tocho sufre una etapa de laminación o extrusión hasta obtener un producto en forma de barra o redondo, en función de la aplicación posterior. Sobre esta barra o producto semiacabado se pueden realizar procesos de mecanizado por arranque de viruta, procesos de estampación en caliente o procesos por deformación en frío. Cualquiera de estos tres procesos puede ser necesario para obtener el producto final terminado y en función de la geometría final del componente que se quiera obtener, se puede aplicar un proceso u otro.

2.5.- COEFICIENTE DE GUILLET

La importancia de las impurezas no son siempre "si o no" dependiendo mas bien, como he indicado, de los porcentajes en la aleación y de la presencia de otros elementos que modifiquen su influencia. Por ejemplo, el arsénico en proporciones inferiores al 0.1 y 0.02 % favorece la corrosión sin embargo, en mayores proporciones impide el descinficado del latón y por lo tanto contribuye a evitar la corrosión.

• El manganeso y el estaño aumentan la resistencia a la corrosión;

• El azufre colabora junto al plomo en fracturar las virutas durante la mecanización;

• El hierro aumenta la carga de rotura;

• El aluminio aumenta la resistencia a la corrosión y a la abrasión;

• El antimonio y el arsénico inhiben la descinficación.

• El níquel mejora las características mecánicas y la resistencia a la corrosión;

• El silicio sirve para disociar y favorecer la creación de la fase ÃY.

Por su interés recalcamos que el azufre y el plomo mejoran la aptitud para el mecanizado, y que tanto el uno como el otro tienen muy baja solubilidad en el cobre, separándose como plomo, en el primer caso, o como Cu2S, en el segundo.

El valor de los diversos elementos sobre las propiedades de las fases presentes o la modificación de las proporciones entre las fases de la aleación puede ser estudiada a través del coeficiente de Guillet que nos dice que todas las adiciones hechas a los latones binarios pueden evaluarse en un "equivalente en Zn" pasándose así a un porcentaje equivalente (ficticio) de cinc (Cu %):

donde:

x es el porcentaje del elemento de aleación

k es el coeficiente de equivalencia en Zn.

Algunos coeficientes k son los siguientes:

Ni = -1.2, Co = -1, Pb = 0, Mn = 0.5, Cd = 0.7, Fe = 0.9, Sn = 2, Al = 6, Si = 10

De esta fórmula resulta que los elementos con k < 1 aumentan la proporción de fase ?, mejorando la maleabilidad en frío, en cambio, aquellos con k > 1 aumentan la proporción de ?´, mejorando la aptitud al conformado en caliente.

2.6.- DESCINFICACION

Como he indicado, las piezas y accesorios fabricados con latones con un contenido en cinc superior al 15%, tienen cierto grado de predisposición a la corrosión selectiva o descinficación, que consiste en la disolución de la aleación produciéndose una precipitación de cobre y de óxido de cobre, mientras el cinc es eliminado disuelto en el electrolito, formándose con ello una estructura esponjosa y sin resistencia. Ocurre en agua aireada que contiene dióxido de carbono y cloruros, habiéndose comprobado que con contenidos de este último del orden de 80 mg/l. se inician ya los fenómenos de corrosión local, agravándose al decrecer el pH, aumentar la temperatura. Además la presencia de partículas de cobre junto al latón tiene también un efecto agresivo, mientras que por el contrario la presencia de partículas de hierro o acero puede mitigar o bloquear la descinficación del latón. Las instalaciones de fontanería efectuadas con tubería de acero galvanizado tienen menos problemas en cuanto a la descinficación de los latones, mientras que por el contrario las instalaciones con tubería de cobre pueden aumentar este tipo de problemas en los dispositivos y griferías convencionales.

Para este proceso que comienza con un cambio en la composición local se han propuesto dos mecanismos (figura 5):

a) El Zn se disuelve y deja una estructura frágil y porosa de Cu.

b) Tanto el Zn como el Cu se disuelven y el Cu se redeposita como una capa porosa.

Figura 5. Esquema de las reacciones durante el inicio de la descinficación

El proceso principal es el b) a juzgar por las velocidades de corrosión observadas; el caso a) implicaría la difusión de Zn en el sólido, que debe ser bastante lenta.

En el caso de un latón "?", constituido por una sola fase, que contiene un 70 % de cobre y un 30 % de cinc, la aleación se despoja gradualmente del cinc y ya que el ataque progresa en profundidad, siendo probable que el mecanismo incluya la disolución de la aleación y la posterior redeposición del cobre. Tan pronto como se disuelve alguno de los átomos superficiales de cinc, los átomos restantes de cobre proporcionan una eficaz superficie catódica que estimula el ataque del latón. El fenómeno produce una "esponja" de cobre sobre la superficie, que puede ser fácilmente desprendida por no tener prácticamente ninguna resistencia mecánica. Los tubos de latón pueden deteriorarse rápidamente al fluir por ellos medios acuosos, particularmente agua de mar. Este inconveniente se evita en gran parte con los latones de una sola fase con la adición de pequeñas cantidades de arsénico (0.02-0.06 %).

En la descinficación siempre es atacado en primer lugar el latón ÃY, mientras se elimina el cinc a través del agua, produciéndose una separación del cobre esponjoso, siendo posteriormente atacados también algunos componentes ?, de manera que en los puntos de corrosión sólo queda una esponja de cobre sin resistencia alguna a los esfuerzos mecánicos.

Con porcentajes de Cu muy bajos la fase ÃY es muy abundante y por lo tanto la resistencia a la descinficación será baja. Con porcentajes de Cu muy altos, la fase ÃY puede ser baja, pero en tal caso la solidificación comienza con dentritas ? primarias, con lo cual toda la fase ÃY se localiza entre las dentritas ? en bandas continuas, formando una red tridimensional donde la descinficación puede producirse a pesar de la pequeña cantidad total de fase ÃY existente en la microestructura. La resistencia a la descinficación es buena si la fase ? es inhibida mediante arsénico (u otro inhibidor) y la fase ÃY se distribuye de forma no continua entre la fase ?.

En los latones de dos fases, la fase "?", que es la mas rica en cinc, esta expuesta a sufrir la descinficación aun cuando se haya añadido arsénico. El ataque por choque sucede en el interior de los tubos de condensadores marinos que contienen fluidos en movimiento. Aparece dondequiera que grandes burbujas en el agua turbulenta estallan sobre la superficie del tubo y produce extensas picaduras en forma de herradura. Es considerable la despolarización de las reacciones anódica y catódica en los puntos de choque de las burbujas, puesto que estas alejan los productos de la corrosión y hacen que exista un abundante suministro de oxigeno. El martilleo de la película de oxido por un chorro constante de burbujas incrementa asimismo el ataque.

En el caso de las válvulas y griferías simples y mezcladoras bimando con sistema de apertura y cierre tradicional (asiento y soleta de compresión) (2), se ha tratado de substituir, sin resultado satisfactorio, el asiento de latón, que es la parte mas sensible por efecto de la velocidad y turbulencia del agua, por otros materiales tales como resinas y composites, así como por latones cromados, aceros inoxidables. Las formas de actuar para evitar o reducir este fenómeno son varias y abarcan desde el diseño adecuado de la geometría y perfil de los asientos para evitar las turbulencias locales y la utilización de latones resistentes a la descinficación tales como:

• Latón rojo bajo en zinc: <15% de Zn: inmune a la corrosión ya que se trata de latón en fase ??pura. Sin embargo este tipo de latón es frágil, no pudiéndose colar por gravedad ni mecanizar en frío.

• Latón a+ÃY: adición de Sn ? resistencia buena a ambientes marinos, la corrosión de la fase ÃY, rica en Zn no puede evitarse.

• Latón a (Cu-28Zn-1Sn): la corrosión se inhibe por pequeñas adiciones de P, As, Sb.

Vemos en estos dos últimos casos como se mejora la resistencia añadiendo a la aleación pequeñas cantidades de inhibidores, entre ellos el arsénico pero también se pueden utilizar antimonio y el fósforo (una buena aleación experimentada ha sido Cu + Ni = 62 % y Sb = 0.05 %), cada uno con un conjunto de ventajas pero también de inconvenientes de la que no es la menor el precio.

En el caso de que las válvulas de apertura, cierre y regulación de caudal estén constituidas por cerámicas técnicas (alúmina sinterizada) el problema queda totalmente resuelto. Este es el caso de las griferías monomando de cartucho cerámico y las griferías bimando con monturas cerámicas en las que en mas de 20 años que se vienen aplicando no se han producido deficiencias funcionales significativas (perdidas de agua) por fenómenos de corrosión (incluida la descinficación) incluso en las condiciones extremas de aguas altamente agresivas (TH menor de 8 ºF) y corrosivas (cloruros del orden 700 mg/l).

Para la obtención de piezas coladas por gravedad o procedentes del estampado en caliente de barra o por decoletaje, se parte como hemos dicho de latones bifásicos (?+ÃY) al plomo.

Figura 6. Nivel de maquinabilidad de los latones según contenido de plomo

La estampación en caliente consiste en dar forma a un taco de metal llevado previamente a una temperatura adecuada y deformado plásticamente entre dos matrices en las que se ha realizado en huecograbado el molde de la pieza deseada. El metal de partida es, en origen, una barra de sección redonda u otro perfil, cortado de modo que tenga el volumen exacto de la pieza en el caso de la matriz cerrada, o añadiéndole un excedente para crear una rebaba, en el caso de la abierta. Este exceso de metal asegura el relleno completo de todos los detalles del molde y tiene en cuenta la dificultad de obtener con exactitud pesos constantes en los tacos de partida. La estampación en caliente se realiza a una temperatura muy superior a la temperatura de recristalización, por fluidez viscosa del metal. Esta transformación permite deformaciones muy importantes del metal sin endurecimiento apreciable; afina el grano de partida, resultando una estructura metálica densa y de grano fino (libre de porosidad) en la pieza obtenida mejorando sus características mecánicas. Estas beneficiosas características aportadas por el proceso de estampación en caliente se combinan con las cualidades inherentes del cobre y sus aleaciones

Figura 7. Imagen SEM del latón con plomo

2.7.- LATONES AL PLOMO

La mayoría de los productos de latón fundidos o estampados en caliente necesitan ser fácilmente maquinables lo que se consigue con la adición en latones alfabeta de plomo (1 a 3 %). En este caso, el rango de maquinabilidad de los latones se juzga a partir del latón de fácil mecanizado "free-machining brass" (CW614N). Este latón tiene el 100% de maquinabilidad frente a 30 o 40 para los latones sin plomo. Esta propiedad disminuye directamente los costes al tener alta velocidad y bajo consumo de herramienta. Las tolerancias se mantienen durante la producción y el acabado superficial es excelente. De hecho desde el punto de vista de la maquinabilidad, los latones con plomo están a la cabeza de todas las demás aleaciones. La solubilidad del plomo en los latones, muy débil a alta temperatura (0.2 a 0.7 % a 750 ºC en el Cu-Zn40, es prácticamente nula en frío (máximo 0.01 %), segregándose en los intersticios del grano como partículas discretas o inclusiones esféricas que provocan la fragmentación de las virutas de torneado que saltan de la herramienta actuando como rompevirutas durante el maquinado, interviniendo también, debido a su bajo punto de fusión, como lubrificante, disminuyendo así el coeficiente de fricción entre la pieza y la herramienta, reduciéndose el desgaste del utillaje de corte con un calentamiento menor (aumenta la vida en servicio) y la consiguiente mejora de la calidad y de la velocidad del proceso de mecanizado, aunque puede dar lugar al agrietamiento en el trabajo en caliente por corrosión intergranular o tensocorrosión (particularmente en los latones que contienen entre de 20 a 40 % de cinc) y a la corrosión por descinficación.

La influencia del plomo o de impurezas de bajo punto de fusión, como el bismuto, depende de la estructura del metal a la temperatura de trabajo. En los latones de fase ? (>63,5% de cobre), cuando se trabaja en caliente, es determinante y está limitada a contenidos menores del 0,01% de Pb, pues a esas temperaturas el plomo estaría en forma de partículas fundidas dando lugar a fisuras intergranulares características. Esto no ocurre en los latones bifásicos porque el plomo es soluble en la fase beta hasta aproximadamente un 2%.

En la figura 6 se representa la facilidad de mecanizado en función del contenido en plomo en porcentaje de peso considerando la maquinabilidad relativa igual a 100 para el latón mecanizado con un 3,2 % de plomo. El plomo es insoluble en las fases a y ÃY, pero está en forma de finas partículas esféricas (menos de 5 µm) y distribuidas en forma discontinua y dispersa, presentándose en las micrografías ópticas en forma de esferas oscuras y esferas brillantes en la microscopia electrónica de barrido (SEM). El plomo precipita en las primitivas regiones interdendríticas concentrándose básicamente en la fase ÃY" y en los límites de la fase a. En las imágenes de SEM se observan las mismas partículas esféricas (0,7-4,0 µm) de tonalidad clara y brillante (figura 7). En el pulido de las probetas las partículas de plomo se desprenden y dejan, en su lugar, un poro de tono más oscuro.

En la mencionada corrosión intergranular las grietas aparecen en los objetos que se han fabricado con material sano y siguiendo todas las especificaciones proyectadas, pudiéndose presentar el trastorno con el tiempo estando las piezas en servicio o antes de ello. El fenómeno se combate, cuando procede, con un recocido de eliminación de tensiones de 0,5 a 2 horas a una temperatura de 250 ºC.-300 ºC., recocido que no modifica de manera apreciable las características mecánicas conferidas por la forja. Este tratamiento en horno evita la fisuración de los tubos y conductos de pequeño diámetro utilizados por ejemplo para alimentar tanques o griferías. El tratamiento térmico de recocido para evitar la descinficación se efectúa a una temperatura próxima a 600ºC (dependiente de la composición) durante un tiempo no superior a 4h, de acuerdo con el Standard Europeo BS EN ISO 6509 manteniendo una isotérmica de ± 5 ºC durante todo el tratamiento térmico. Tras el tratamiento térmico de maduración es conveniente, sobretodo si las piezas están mecanizadas, aplicar un segundo tratamiento para relajar tensiones superficiales a una temperatura próxima a los 300ºC. Este procedimiento es muy habitual en países del norte de Europa así como también en Australia, Nueva Zelanda o Singapur, y lleva utilizándose desde hace ya décadas, con unos excelentes resultados a largo plazo

La barra de aleación Cu-Zn utilizada en la fabricación de componentes de grifería y valvulería debe resistir el ensayo de inmersión en una disolución de nitrato de mercurio, según Norma UNE 37148, 24 horas, como mínimo, no debiendo después de la inmersión constatarse ninguna grieta o fisura tanto en la parte sumergida como en el resto.

La composición del material constituyente de los cuerpos de la mayoría de los dispositivos de la red de distribución del agua potable y entre ellos los de los grifos y válvulas suele ser latón del tipo CuZn40, designación europea CuZn40Pb2, código CW617N, cuyo equivalente en U.S.A. es el C37710 y en lo que afecta a las piezas procedentes de barra, la aleación frecuentemente utilizada se corresponde con la Norma EN 12164/5/6/7, código CW614N (Cu Zn 39 Pb 3), cuyo equivalente en U.S.A. es C38500

2.8.- El PLOMO EN EL AGUA POTABLE. NORMATIVAS

La creciente preocupación sobre el medio ambiente y las exigencias de calidad del agua potable han hecho aumentar la inquietud por los elevados niveles de plomo existentes en el agua de las redes de distribución y, en particular la provocada por la acción contaminante de los dispositivos de medición, control e interceptación como válvulas, grifos domésticos y accesorios para instalaciones fabricados con latones y bronces al plomo. La migración del plomo de ambas aleaciones, que son los materiales más utilizados para su fabricación se viene estudiando desde principios de los 80 y la mitad de los 90, apareciendo en la legislación de los Estados Unidos y Canadá, limitando los niveles de esta contaminación.

La promulgación en 1991 en Estados Unidos de la Lead and Copper Rule (Ley para el plomo y el cobre) en la que eran fijados por primera vez en la historia los limites para el plomo y el cobre, en los grifos ejerció un efecto domino que a lo largo de una decena de años llevo a los gobiernos de los países mas desarrollados a dotarse de nuevas normativas para el agua potable en las que el problema de la corrosión de las conducciones era especialmente tenido en cuenta en evidente ruptura con respecto al pasado. Por primera fueron determinantes, al establecer las características de calidad del agua potable todas las vicisitudes que se producen durante su transcurrir en el interior de las conducciones a lo largo de la red, adquiriendo importancia aspectos hasta entonces descuidados estando entre ellos el incremento de las concentraciones de metales procedentes de la corrosión electroquímica y mecánica de las tuberías centrándose en aquéllos que son comúnmente empleado en su fabricación y en la de los dispositivos intercalados en la red de distribución incluidos en las soldaduras, entre los que se encuentran el cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, cadmio, estaño y plomo.

Según la Organización Mundial de la Salud, el plomo es un contaminante que se acumula en el cuerpo y manifiesta su toxicidad ya en concentraciones mínimas de 80-100 microgramos por litro de sangre. Puede pasar a la placenta y por lo tanto ser transmitido por la madre al hijo. Se acumula después de la ingestión en los tejidos blandos, tales como los riñones, hígado y médula ósea, persistiendo en los tejidos de los adultos durante un tiempo de vida biológico no inferior a los 40 días, que pasan a ser de 30÷40 años si el plomo se ha fijado en los huesos. Puede impedir la biosíntesis de la hemoglobina, provoca daños al sistema nervioso y a los riñones, disminuyendo la fertilidad masculina, compromete el desarrollo físico y psicológico de los niños y provoca alteraciones mentales. Según los estudios realizados por la International Agency for Research on Cancer (IARC) es sospechoso de ser cancerigeno.

En realidad la situación actual de los reglamentos sobre el agua potable son el resultado de los estudios e intervenciones iniciadas por la OMS y la Norteamericana Environment Protection Agency (EPA), habiendo desempeñado los norteamericanos un papel clave tanto en el ámbito de la legislación sobre la contaminación del agua potable como en los reglamentos y normas para la evaluación y conformidad de dispositivos y materiales destinados al contacto con el agua de consumo, con una atención creciente a la protección de la salud humana. En el campo de los metales y dispositivos metálicos en contacto con el agua potable que se han tenido en cuenta son el plomo, cinc, cobre, níquel, cromo y cadmio, y en lo que afecta al plomo lideró la aplicación y desarrollo de las pautas que recomendaba la OMS en 1963 procediendo a una primera reducción del valor limite de 100 ?g/l existente en 1958 a 50 ?g/l volviendo de nuevo a los 100 ?g/l en 1971, valor utilizado en muchos países sin efectos aparentes de toxicidad. Nuevos estudios e investigaciones sobre los efectos del plomo determinaron que se volviera en 1984 al valor de 50 ?g/l. En 1993 tras nuevos estudios, en particular sobre los niños y los recién nacidos, la OMS recomendó descender el limite del contenido del plomo en el agua potable a los 10 ?g/l actuales teniendo en cuenta que el plomo es un tóxico acumulativo que debe evitarse en la medida de los posible. A raíz de establecerse este bajo umbral de contaminación admisible por plomo aparecen normativas, en particular en USA y en Europa, para regular la posible contaminación por materiales y dispositivos en contacto con el agua potable.

En 1996 la enmienda a la Safe Drinking Water Act (SDWA) establece que los tubos, racores uniones y conexiones comercializados después del 6 de agosto de 1998 deben estar exentos de plomo. Las aleaciones utilizadas para fabricar los dispositivos de regulación e interrupción del agua (válvulas y grifos) no contendrán mas de un 8 % de plomo y además los dispositivos diseñados para dispensar y distribuir agua potable para el consumo humano (grifos, llaves, fuentes de agua potable, tuberías, etc.) deben estar conformes en lo que respecta a la cantidad de plomo migrada en el agua con el estándar ANSI/NSF 61 (2), lo que significa que en los productos certificados la migración de plomo en el agua debe ser inferior a 11 ?g/l, mientras que para las válvulas debe ser inferior a 15 ?g/l., obligando a los fabricantes a superar las oportunas pruebas, condición necesaria para la comercialización del producto. Por otra parte en California existe una reglamentación más restrictiva regulada por una ley (Proposition 65) que prevé regulaciones basadas en la evaluación toxicológica de los metales pesados. Otros países importantes en el mundo industrializado además de EE.UU. y Canadá, tales como Australia y Japón han incorporado en sus normas de "dispositivos de fontanería" los límites recomendados por la OMS para el contenido de metales pesados, como el plomo en el agua del grifo.

Por otra parte el valor recomendado por la OMS de 10 µg/l, se mantiene en la mayoría de los países Americanos, en total en el 63.15% de los países. Republica Dominicana, Argentina, Brasil, Chile y Uruguay por su parte permiten un límite máximo de 0.05 mg/l excediendo la recomendación de la OMS. México y los Estados Unidos también admiten valores superiores a los recomendados por la OMS con un 25 ?g/l y un 15 ?g/l respectivamente. Estos países conforman el 36.84% del total. Ningún país establece su límite con niveles inferiores a los recomendados.

Como veremos Europa está detrás de estos países, teniendo la UE publicada la Directiva 98/83/EC acerca de la calidad del agua para el consumo humano, adoptada por el Consejo el 3 de Noviembre de 1998 modificando algunos de los valores de los parámetros de la antigua Directiva del Agua Potable de 1980, haciéndolos más estrictos en los casos en que fue necesario de acuerdo con los últimos conocimientos científicos disponibles (directrices de la OMS y del Comité Científico de Toxicología y Ecotoxicología).

Esta nueva Directiva proporciona una base tanto para los consumidores en la UE como para los proveedores de agua potable, estableciendo como valor paramétrico para el plomo el valor de 10 ?g/l que se cumplirá a los sumo a los quince años de entrada en vigor de la directiva, siendo el valor para el periodo comprendido entre el quinto y el decimoquinto año de 25 ?g/l. En España la incorporación al derecho interno de esta directiva se realiza por R.D. 140/2003 de 7 de febrero (entro en vigor el 22 de febrero del 2003) y en el que, en consecuencia, los valores parametritos del plomo son hasta el 31/12/2003 de 50 ?g/l. del 01/01/2004 a 31/12/2013 es de 25 ?g/l es decir dos veces y media el límite recomendado por la OMS y a partir del 31/12/2014 se fijará en 10 ?g/l. Por otra parte la Comisión Europea tiene la intención de revisar este valor en función del progreso científico y técnico, así como de las recomendaciones formuladas por el grupo de trabajo creado al efecto en la reunión de Bruselas el 23/10/2007 con la participación de expertos en microbiología (ENG) y de la Federación Europea de Asociaciones Nacionales de proveedores de agua potable (EUREAU).

2.9.- INCONVENIENTES DEL PLOMO EN LOS LATONES

Sobre la base de las directivas que establecen los parámetros fisicoquímicos y biológicos que debe poseer un agua para poder ser considerada como potable los organismos de varios países han elaborado normas y estándares útiles para evaluar el impacto de los materiales orgánicos e inorgánicos que entran en contacto con el agua. Algunos de ellos han emitido normas que describen las pruebas de migración del producto acabado o simulaciones de cómo se comportan los diversos materiales en contacto con el agua potable a lo largo del tiempo de utilización. Otros sin embargo han establecido especificaciones sobre los materiales mismos sobre la base de migración a largo término en el agua potable o simplemente prohibiendo algunos materiales o alguna substancia química. El esquema de la certificación puede variar de una normativa a otra, basándose las más comunes en el test de migración del producto terminado y en medida menor por parte del material. Por ultimo algunos reglamentos simplemente imponen restricciones específicas sobre la composición de los materiales. En general la normativa abarca a todos los materiales que entran en contacto con el agua potable pero algunas son especificas para los materiales metálicos o para los orgánicos. Las diversas normas y procedimientos existentes actualmente en el mundo están resumidas en el cuadro I

Hay que indicar que las consideraciones anteriores son completamente desconocidas para la mayoría de los consumidores. Recientes investigaciones han determinado que más del 90% de los usuarios piensan que el grifo está fabricado en acero inoxidable, debido a la "apariencia brillante", existiendo no solo el problema del plomo proveniente del grifo en el agua potable (algunos grifos de latón instalados en nuestros hogares contienen plomo a un porcentaje comprendido entre el 0,5 y 3 por ciento), sino que también es un problema de falta de conocimientos básicos por parte de los ciudadanos lo que es tanto más notable, cuanto que estos dispositivos están presentes en un número superior a dos unidades en cada hogar, oficina o edificios públicos (escuelas, hospitales, comedores).

Se ha demostrado en el laboratorio que el agua que se vierte por el grifo durante los primeros días de uso contienen cantidades de plomo que pueden ser muy superiores a los 10 microgramos por litro, el máximo recomendado por "World Health Organization", pudiendo llegar a ser de 100-120 microgramos/litro para los grifos de latón y cuatro veces mas para los de bronce, cantidades que disminuye lentamente a medida que se utiliza el grifo (figura 8).

Las investigaciones llevadas a cabo tanto en los EE.UU. (Universidad de Carolina del Norte, 1998), con 1.000 muestras de agua de los grifos y en Italia (Novara 2003) con 100 muestras) indican que aproximadamente el 1,8 % de los grifos instalados liberan plomo por encima del límite recomendado por la OMS.

El contenido en plomo que la Directiva Europea establecerá a partir de 2015 es coincidente pues con los niveles máximos de plomo fijados por la OMS en 10 ?g de Pb/l, lo que está llevando al desarrollo de aleaciones bajas (y en lo posible libres) en plomo y que juntamente con el empleo de coquillas y noyos adecuados (tersura, falta de rugosidad) deben resolver el problema actual del contenido en plomo en válvulas, griferías y accesorios colados en molde o prensados en caliente (figuras 9 y 10) . Aunque una gran parte de los grifos fabricados en el mundo están hechos con latón al plomo niquelado y cromado más del 95% de los estudios de substitución del plomo se han llevado a cabo en griferías fabricadas en bronce, siendo escasos los estudios para reemplazar el plomo en latones, a pesar del notable aumento a nivel mundial de la producción de griferías de latón al plomo.

Figura 8. Niveles de contaminación de plomo de grifos de latón y bronce

2.10.- POSIBLES SOLUCIONES

Estas normas han obligado a los fabricantes a aplicar alguna de las varias soluciones tecnológicas capaces de alcanzar los estándares requeridos. Aunque en Europa no existen todavía en este campo normas, la importancia de la producción europea de válvulas y grifería destinadas al mercado norteamericano, en el que se aplica la Norma NSF 61, ha llevado también a muchos fabricantes europeos a ocuparse del problema de la eliminación de la contaminación del plomo. Estas soluciones pueden dividirse en tres grandes categorías.

– Utilización de aleaciones sin plomo: Una de las alternativas que se plantea es la utilización de latones con adición de bismuto y bismuto/selenio. El primero de los elementos, según la literatura, no sería toxicológicamente peligroso y el segundo, en los niveles en que se utiliza, no produciría problemas de contaminación en el agua potable y sus niveles estarían bajo lo permisible.

– Eliminación del plomo de la superficie en contacto con el agua de los dispositivos fabricados con los materiales tradicionales

– Recubrir la superficie en contacto con el agua para evitar la disolución o migración del plomo

Las dos primeras soluciones disponen ya de aplicaciones industriales, mientras que para tercera se ha investigado menos existiendo, no obstante, patentes basadas en la formación de una capa pasivante a base de fosfatos insolubles de plomo o bien procedimientos de cementación del plomo utilizando sales de bismuto o de estaño, metales que substituyen al plomo en la superficie metálica. El proceso de recubrimiento puede ser químico o electroquímico. Este último se encuentra en desventaja dada la dificultad en las líneas galvánicas actuales para que el depósito penetre en el interior de la cavidad del dispositivo que estará en contacto con el agua potable, siendo probable que existan en curso otras investigaciones sobre este tipo de soluciones tecnológicas que se deberán seguir.

Figura 9. Coquilla metálica

Antes de seguir con las aleaciones sin plomo empleadas para resolver el problema de la contaminación es útil mencionar las utilizadas tradicionalmente para la fabricación de los dispositivos en contacto con el agua potable entre los que existen importantes diferencias entre Europa y los Estados Unidos. Tradicionalmente en Europa, en donde prevalece la tecnología de fabricación de parte de la grifería y valvuleria mediante prensado en caliente se utiliza latón con contenidos en cinc entre el 39-40 % y 2-3 % de plomo. El latón usado para fundición contiene menos cinc, en torno del 33-35 % y 2-3 % de plomo. En Estados Unidos por el contrario prevalece la fundición con bronce, al menos hasta cuando entro en vigor la norma NSF 61 conteniendo un 5 % de cinc, 5 % de estaño y 5 % de plomo.

Ante el problema de no poder utilizar la aleación precedente, los fundidores americanos han respondido adoptando otras aleaciones conocidas sin plomo o desarrollando otras con propiedades mecánicas y de maquinabilidad lo más próximas posible a las tradicionalmente usadas con plomo. Doy a continuación algunos detalles sobre los dos primeros procedimientos citados anteriormente utilizados industrialmente.

Figura 10. Noyo para fundir grifo

– Utilización de aleaciones sin plomo

En lo que concierne a la adopción de aleaciones sin plomo se ha tomado en consideración y utilizado el bronce al aluminio conteniendo del 9 al 11 % de aluminio y eventualmente pequeñas cantidades de manganeso, níquel y hierro. Esta aleación es un poco más cara que la aleación con plomo, pero la diferencia de costo viene compensada, al menos en parte, por su menor densidad que reduce el peso de las piezas a igualdad de volumen. También se aplican los latones sin plomo, conteniendo del 18% al 40 % de cinc y eventualmente otros elementos, los latones al silicio conteniendo 14 % de cinc, 3-4 % de silicio y pequeñas cantidades de aluminio aleación en desarrollo disponiéndose en Japón ya alguna patente en la que en lugar de utilizar plomo se utiliza silicio.

Otras aleaciones desarrolladas destinadas no solo a la fundición, sino también al prensado son

– Latones conteniendo en dispersión óxidos de carburo, boruro, compuestos intermetálicos.

– Aleaciones que contienen bismuto y selenio

– Aleaciones de cobre con dispersión de grafito

– Eliminación superficial del plomo

El plomo se elimina de la superficie mediante un lavado químico que actúa sobre los agregados de plomo de la superficie de los artículos de latón y bronce, aclarando que ningún proceso de eliminación de plomo tiene la capacidad de eliminarlo totalmente de la aleación cobre cinc, aunque reduciéndolo su nivel de manera aceptable.

Los procesos comunes efectuados sobre las aleaciones de cobre cinc tales como el mecanizado, la fundición o el prensado alteran el material incrementando la presencia de plomo superficial. El incremento localizado de la temperatura junto con la alteración de la superficie cristalina del grano, provocan una migración del plomo hacia la superficie externa de la pieza elaborada. El exceso de plomo que migra hacia el exterior de la pieza se oxida transformándose en oxido estable que solidifica sobre la misma superficie

La tecnologia de eliminacion del plomo del laton consiste esencialmente en una secuencia de tres operaciones principales de desengradado, eliminacion del plomo y neutralizacion que se realizan en tres cubas de baño distintas. Las instrucciones mas importantes afectan a la composicion del baño de eliminacion del plomo concretamente a la naturaleza del acido utilizable. Inicialmente existian dos varientes principales de la tecnologia: La primera patentada abarca el empleo de una serie de acidos minerales reivindacando igualmente la secuencia de las operaciones utilizadas, mientras que la segunda no patentada comprende un acido no bien definido. En ambos casos las condiciones de cesion de la tecnologia eran insatisfactorias en el primer caso por las condiciones particularmente onerosas y en el segundo por ser una tecnologia limitada a la grifería excluyendo a la valvuleria.

Considerando el estado del arte la investigacion esta orientada hacia el uso de un acido de naturaleza organica eliminador del plomo de manera mas lenta aunque mas selectiva (menor disolucion del cobre y del cinc del laton respecto al plomo). Los buenos resultados obtenidos y la importancia de disponer de una patente para asegurar una buena imagen en la cesion de la licencia han hecho tomar la decision de depositar un peticion de patente para asegurar la propiedad industrial de la tecnologia desarrollada. Posteriormente han aparecido ulteriores patentes con esta misma tecnologia que reivindica el uso de toda una clase de acidos organicos para suprimir el plomo.

Aleaciones Zamak

Se aplica comercialmente el nombre de "Zamak" a un grupo de aleaciones de cinc (tipo "Special High Grade")(4) y aluminio (ZA4G, ZA4U1G, ZA4U3G) con pequeñas cantidades de cobre (hasta un 3,5 %) y magnesio (hasta el 0,06 %).

En general y simplificando, si el contenido de aluminio está comprendido entre el 3.5 y el 4.3 % tenemos los zamak (Z) propiamente dichos y si los contenidos están entre el 8 % y el 27 % tenemos las mas nuevas aleaciones hipereutécticas zamak ZA (acrónimo alemán de los materiales que la componen (Zink, Aluminium, Magnesium, Kupfer) creada en la década de 1920 (aunque datan de los años 70 se desarrollaron plenamente a partir de los 80). Hoy la designación de las aleaciones de cinc con uno o varios elementos mediante símbolos o números están contempladas en la Norma Europea EN 1774: 1.997 (ver cuadro II con las distintas normas que se aplican según países). La diferencia entre unos u otras aleaciones zamak Z utilizadas para colar por inyección estriba esencialmente en su contenido en aluminio, cobre y otros diversos elementos. Como es frecuente en las aleaciones, pequeñas variaciones de los componentes pueden alterar una o varias de sus características, incluso de forma importante, condicionando su conveniencia o inconveniencia para determinadas aplicaciones. Haciendo referencia, por ejemplo, a la corrosión un mayor contenido en cobre mejora sus características frente a esta eventualidad pero sin embargo disminuye la estabilidad dimensional y la resistencia al impacto o bien un contenido bajo en aluminio afecta negativamente a la buena realización de los revestimientos electrolíticos, pero un contenido alto puede conducir a la fragilidad.

Este material puede inyectarse (por cámara fría o caliente y por centrifugación), otro proceso posible es la fundición en coquilla. Es un material barato, posee buena resistencia mecánica y deformabilidad plástica, y buena colabilidad (5). Se puede cromar, pintar y mecanizar. La única desventaja de este material es que la temperatura en presencia de humedad lo ataca provocándose una corrosión intercristalina (aspecto similar al desierto). Puede ser utilizado para piezas estructurales. Durante la inyección a presión, es posible la aparición de poros internos o burbujas en el proceso de inyección o colada, lo que puede derivar en la disminución de la resistencia mecánica de las piezas. Sin embargo, una correcta inyección generará una distribución homogénea de poros finos, lo cual favorecerá la tenacidad de la pieza inyectada, al verse frenado el crecimiento de grietas por dichos poros finos.

El plomo, estaño y cadmio, si se hallan presentes por encima de unos muy reducidos límites (del orden de 0,001 %), pueden conducir a la corrosión intercristalina, dando como resultado un crecimiento perjudicial del grano y acusado agrietamiento por fragilidad, efecto que puede ser reducido mediante la adición de magnesio pero a partir de cierta cantidad de este elemento queda afectada la colabilidad

Las ultimas investigaciones sobre este material han hecho conveniente priorizar su estabilidad dimensional reduciendo el contenido de cobre, aunque sin salirse del intervalo de solubilidad, a fin de mantener la protección química anticorrosión que ofrece este elemento, asimismo se ha reducido el contenido de aluminio para disminuir su fragilidad.

Estas aleaciones, como ya se ha indicado, tienen un punto de fusión muy razonable (entre 380 y 435 ºC), son altamente fluyentes con una densidad de 6,6 g/c3 y no atacan a las matrices de acero o al equipo, con la consiguiente larga durabilidad para los moldes. Si se emplean bajo buen control de temperatura y si es especialmente cuidadoso en el diseño de la coquilla, es posible obtener una alta fidelidad de formas y un excelente acabado superficial de las piezas, eliminando o reduciendo las costosas operaciones de limado y pulido y eliminando las deficiencias superficiales que estas operaciones llevan consigo. Las propiedades físicas son buenas y la estabilidad dimensional correcta.

3.1.- PRINCIPALES ALEACIONES

Se utilizan principalmente dos aleaciones, la Z3, Z5 de durezas Brinell (500-10-30 HBS) 83 y 92 respectivamente y en mucha menor proporción la Z2 y la Z7, Z8, Z12, Z16 y Z27. La norma española que regula la composición química de Zamak es la UNE-EN 1774. La norma que especifica las propiedades de piezas fundidas en Zamak es la UNE-EN 12844. La Z5 (ZnAl4Cu1) cuya composición según distintas normas son las indicadas en el cuadro III, es la particularmente adecuada para hacer piezas coladas por inyección lo que ha facilitado la extensión de sus aplicaciones y que actualmente sea la de mayor importancia comercial, representando el 90 % de la producción de aleaciones de Zn para fundir, aplicándose el 37 % en la industria del automóvil camiones y autobuses, para usos funcionales o simplemente decorativos. Otras muchas aplicaciones para el cinc fundido en coquilla incluyen los aparatos para el hogar, máquinas de oficina, máquinas herramientas, sistemas de frenos de aire comprimido y equipos de comunicaciones.

3.2.- RECUBRIMIENTOS

La mayoría de estas aleaciones se recubren, mediante una variedad de sistemas electrolíticos, con cobre-níquel-cromo, revestimientos especialmente adecuados tanto desde el punto de vista estético como de resistencia a las condiciones medio ambientales y climáticas extremas, debiéndose respetar los términos del Comunicado Técnico V 3.10, febrero de 1.977 del organismo asesor del cinc de Düsseldorf. Las empresas galvánicas dedicadas a la aplicación de estos acabados tienen muchos problemas a la hora de obtener recubrimientos de buena calidad, cuando la preparación de la superficie de zamak no ha sido la adecuada. Esta preparación puede constar de varias etapas como son vibrado, pulido, desengrases y decapados. Una mala preparación puede llegar a provocar la corrosión del zamak, y puesto que sus productos de corrosión tienen un mayor volumen, ejercerán una importante presión sobre el depósito aplicado posteriormente, lo que puede provocar su levantamiento, dando lugar a diferentes tipos de defectos superficiales como pueden ser picados, ampollas o incluso rotura del depósito. Todo ello deriva en una reducción significativa tanto de las propiedades estéticas como funcionales de las piezas, y con ello incrementando el índice de rechazo de las empresas.