UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE LOS L OS MATERIALES DEPARTAMENTO DE METALURGIA QUÍMICA LABORATORIO DE ELECTROQUÍMICA Y CORROSIÓN
Practica #2 Recubrimientos
Br. Vashista Vashista Guzmán Guzmán C.I.: 20.616.530 20.616.530
Caracas, Julio 2016
INTRODUCCIÓN
El principio básico de los procesos de recubrimientos electrolíticos consiste en la conversión del metal del ánodo en iones metálicos que se distribuyen en la solución. Estos iones se depositan en el cátodo (pieza que será recubierta) formando una capa metálica en su superficie. Existen en galvanotecnia procesos en los cuales el metal se deposita sin fuente externa de corriente eléctrica. Los metales han tomado gran
importancia en el desarrollo de la
humanidad, nuestra sociedad ha exigido mejores condiciones de vida, esto ha generado un formidable desarrollo industrial al cual se le ha invertido mucho tiempo de estudio en el diseño y construcción de plantas, equipos e instalaciones industriales de procesos para la síntesis y manufactura de productos que satisfagan dichas necesidades. Sin embargo, uno de los principales obstáculos durante el diseño es el problema de la corrosión. En muchos materiales metálicos se forman pequeñas pilas galvánicas en la superficie expuesta, con flujo de electrones lo cual degrada el material. Para evitar dicho problema se han realizado muchas investigaciones y experimentos, para desarrollar técnicas y procesos que puedan afrontarlo. Uno de esos procesos es la formación y diseño de recubrimientos anticorrosivos. Los estudios han demostrado que se deben tomar una serie de aspectos para lograr el éxito y alta eficiencia de la protección anticorrosiva. Entre los más importantes se tienen:
Selección del sistema de recubrimientos
Calidad del recubrimiento
Preparación o limpieza de superficies
Aplicación de recubrimientos
MARCO TEORICO
Recubrimientos metálicos: Se aplican mediante capas
que separan el
ambiente corrosivo del metal, es decir, que pueden servir como ánodos sacrificables que pueden ser corroídos en lugar del metal subyacente; los galvanizados son un buen ejemplo de este caso.
Recubrimientos por vía electroquímica: Consiste en depositar por vía electroquímica capas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una solución electrolítica.
Tipos de recubrim ientos por vía electroquímica. Cobreado.
Niquelado.
Cromado.
Dorado.
Zincado.
Objetivos de la electrodeposición.
Mejorar el aspecto del metal.
Evitar la oxidación de la superficie metálica.
Tipos de recubrimientos
De sacrificio (anódicos): el metal de recubrimiento posee un potencial electrolítico menor al del metal base. El recubrimiento protege el metal de un modo electroquímico, al formarse el par galvánico en el metal de recubrimiento. Noble (catódico): el metal de recubrimiento posee un potencial electrolítico mayor r que el del metal base. Para asegurar una buena producción se necesita que el recubrimiento sea continuo y no poroso. Ejemplos:
Recubrimientos de Zinc en piezas de acero (de sacrificio): o
El Zn tiene un potencial más negativo que el Fe (según su f.e.m.).
o
Si en el recubrimiento hay un poro o rasgadura, el recubrimiento (Zn) actual como ánodo y el material como cátodo, lo que implica que el recubrimiento se corroa y este se vaya degradando.
Recubrimientos de Cobre en piezas de acero (noble): o
El Cu un potencial más positivo que el Fe (según su f.e.m.).
o
Si en el recubrimiento hay un poro o rasgadura, el recubrimiento (Cu) actual como cátodo y el material (Fe) como ánodo por lo tanto hay mayor área catódica y menor área anódica que implica que allí existirá corrosión por picadura.
Propiedades físicas de los recubrimientos
Refiriéndose al caso del acero como el material de más amplia utilización, la selección de un determinado recubrimiento metálico se puede efectuar y justificar sobre la base de una de las siguientes propiedades físicas, cuando se trata de proteger de una manera eficaz y económica la superficie del acero en condiciones determinadas.
Impermeabilidad: esto es que el recubrimiento sea continuo y de espesor suficiente lo cual permite aislar la superficie del acero de los agentes agresivos.
Resistencia mecánica: de los materiales utilizados en los recubrimientos, para garantizar una buena resistencias o los choque s rozamientos ligeros o accidentes, etc.
Buena adherencia al acero: Posibilidad de proporcionar superficies pulidas o mates, capaces de dar a los objetos un acabado con fines decorativos.
Elementos que intervienen en los recubrimientos m etálicos: Fuente eléctrica continua: estos rectificadores se caracterizan por tener bajo voltaje y alto amperaje.
Electrodo: pueden ser de diversos materiales según la aplicación, grafito, plata, platino, titanio etc.
Celdas electrolíticas: viene a ser el contenedor de la soluciones electrolíticas. La solución electrolítica y la temperatura determina el material de construcción, esta debe poseer resistencia al ataque de las soluciones y suficiente fuerza mecánica para soportar las cargas.
Sistema de calefacción: la mayoría de las celdas electrolíticas necesitan una ligera calefacción para aumentar la co nductividad y la solubilidad de los electrolitos.
Sistema de agitación: la agitación impide el empobrecimiento de los iones metálicos en la zona catódica y la adherencia de burbujas gaseosas (Hidrógeno) sobre el cátodo; uno de los sistemas de agitación utilizados consiste en inducir aire comprimido por el fondo de la cuba.
Sistema de filtración: son necesarios para filtrar las soluciones electrolíticas a ciertos intervalos de tiempo o en forma continua, con ello se permite eliminar el sedimento acumulado en el fondo de las cubas.
Principales factores que int ervienen en los pr ocesos de recubrimiento metálico:
Densidad de corriente : la influencia de este factor es diverso en la estructura de la electrodeposición formada; un aumento de la densidad de corriente conlleva a la disminución del tamaño del cristal y obteniéndose de esta manera una estructura fina. Existe un límite del aumento de la densidad, si se sobrepasa se producen deposiciones quebradizas.
Temperatura: un aumento de temperatura favorece la movilidad de los iones metálicos ocasionando el incremento de la conductividad del electrolito y una disminución de la viscosidad de la solución.
Concentración de (H 2): si el pH se encuentra por debajo del rango de trabajo puede presentarse depósitos simultáneos de metal e hidrógeno, ocasionando picaduras o ampollamiento, Si se trabaja con un rango alto de pH se formaran sales básicas poco solubles que darán lugar a depósitos ásperos.
Concentración : la concentración conveniente de la solución electrolítica será aquella que posee pocos iones a depositar y muchas moléculas no disociadas dispuestas a disociarse rápidamente, liberando de este modo iones metálicos que sustituyen a los iones que desaparecen de la solución durante la electrodeposición.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la tabla a continuación se presentan los valores de masa inicial, masa final, área, densidad de corriente y espesor del recubrimiento para las muestras de acero y cobre.
Tabla 1. Valores obtenidos en la práctica de recubrimientos metálicos.
Muestra Acero
Masa Masa final inicial (gr) (gr) 9,6335
9,6380
Área (mm 2)
Densidad de corriente (A/mm 2)
Espesor del recubrimiento (g/m 2)
100
0,02
22.5
A partir de los datos experimentales se obtuvo el espesor de la capa de recubrimiento depositado sobre el sustrato, a partir de la siguiente formula perteneciente a la norma ASTM 90/A 90M
=
1 − 2
∗
Donde C = espesor del recubrimiento g/m2. W2 = peso de la muestra original. W1 = peso final del espécimen. A = área de la lámina en mm2. K = constante 1E6.
En la tabla 1 se puede observar claramente que la masa final del acero incremento ligeramente proporcional al decrecimiento de la del cobre, actuando en este caso el cobre como ánodo y el acero como cátodo, con el fin de formar
una deposición del ánodo sobre el acero proporcionando así un recubrimiento metálico en el mismo. Por otra parte es importante hacer énfasis en que el recubrimiento realizado no presentó una buena adherencia, cuyo factor es de vital importancia en la formación de recubrimientos, ya que si el mismo no consta de una excelente adherencia no proporcionará la protección completa de la pieza en servicio, obteniendo como consecuencia la corrosión de la misma. Este factor tan importante se puede ver afectado por las condiciones en la que se encuentre la superficie de la pieza, como lo son: residuos de grasa, acabado superficial, entre otros. Es importante resaltar que una muy alta densidad de corriente aplicada puede causar exceso de deposición del recubrimiento, como consecuencia ocasionar alteraciones en las propiedades del metal estudiado, creando esfuerzos internos por una mayor deposición y falta de disolución en el proceso, originando una inestabilidad notable en la superficie del material, asegurando así que a una mayor densidad de corriente, el proceso de oxidación se acelera, lo que genera el aumento de velocidad de deposición.
CONCLUSIONES
La efectividad del recubrimiento va a depender de la preparación superficial de las muestras a recubrir. Mientras más limpia se encuentre la superficie se obtendrá una mejor adherencia del recubrimiento.
Entre las variables más importantes para la formación de un
recubrimiento metálico se encuentran: la densidad de corriente, la pureza del electrolito el cual tiene el ion que se desea depositar en la superficie, el acabado superficial de la muestra y el tiempo de inmersión.
Con una mayor densidad de corriente la cantidad de metal depositado (Recubrimiento) sobre el material base es mayor, sin embargo estos recubrimientos de mayor espesor tienen menor fuerza de fijación en la superficie.
Factores como la densidad de corriente, el voltaje, concentración del electrolito, la pureza del electrolito y el tiempo de inmersión determinan el espesor fuerza y homogeneidad del recubrimiento metálico.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
J. Robbins. Iones en solución introducción a la electroquímica. El manual moderno. E.U.A. 1980
S. Feliu y M.C Andrade. Corrosión y Protección Metálicas Vol. I. Raycar, S.A 1991.
