   #1  08-03-2011, 18:43 | |||
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 PavonadoHola a todos. A quien le pueda interesar. He encontrado por ahí una págian web sobre pavonado que está bastante bien (ilustrativa) http://www.airecomprimido.net/joanai...ar/Pavonar.htm Y un zip que contiene un documento word sobre los distíntos métodos de pavonado. Es de un Ingeniero químico argentino? Espero que no le importe que copie y pegue. Como no puedo adjuntarlo lo copio tal cual. Protección anticorrosiva de la superficie de metales Químico - Electroquímico - Recubrimientos Orgánicos por el Ingeniero Químico Jorge Garretta Experto en Armamento de la UTN-FRA La corrosión metálica es el desgaste superficial que sucede cuando los metales se exponen a ambientes reactivos. A las temperaturas en las que el agua es líquida, el proceso de corrosión que predomina es el electroquímico; esto es, el desgaste metálico ocurre por disolución anódica. Las reacciones anódicas son siempre reacciones de oxidación y por lo tanto tienden a destruir el metal anódico disolviéndolo como un ión o haciendo que vuelva a su estado combinado, como por ejemplo un óxido (óxido férrico). Para el caso de los aceros que están normalmente constituidos por perlita, ferrita y otros metales aleados, estas dos fases actúan como cátodo y ánodo tal como ocurre en una pila galvánica, formándose una diferencia de potencial, que ataca al metal en presencia de humedad (de no existir humedad no tendríamos problemas de formación de óxido). Tres son los factores que inciden en la corrosión electrolítica:
Métodos de tratamiento con reacción química Fosfatado Consiste en la aplicación de sales del ácido ortofosfórico (PO4H3). El procedimiento, debido a Liebig, se funda en la descomposición de los fosfatos cálcico y magnésico por el ácido sulfúrico, con formación de ácido fosfórico y precipitado de los sulfatos correspondientes. El ácido ortofosfórico es tribásico y sus fosfatos pueden ser mono, di y trimetálicos, según el número de átomos de hidrogeno que se encuentran substituidos. (PO4)2 Ca3 + 3 SO4H2--->2 PO4H3 + 3 SO4Ca (trimetálico o neutro) Las otras reacciones son improbables puesto que las constantes de disociación son pequeñas frente a la del ortofosfato. (PO4H) Ca + SO4H2--->PO4H3 + SO4Ca (dimetálico o monoácido) (PO4H2)2 Ca + SO4H2--->2 PO4H3 + SO4Ca (monometálico o diácido) Las mismas reacciones con el ión magnesio (Mg2+) (PO4)2 Mg3 + 3 SO4H2--->2 PO4H3 + 3 SO4Mg Se adiciona el dióxido de manganeso, (MnO2), producto utilizado como oxidante en la industria. El manganeso es un metal muy refractario, de color y brillo acerado, poco menos duro que el cuarzo y tan oxidable que solo se conserva sumergido en solventes derivados del petróleo. Es di, tri, tetra, hexa y heptavalente, y puede actuar como elemento metálico y como metaloide. El Fosfatado se consigue por inmersión de las piezas a tratar en los reactivos preparados, tratándose las piezas durante un tiempo que varía entre 45 minutos y 3 horas, dependiendo del tamaño de los objetos, para conseguir un perfecto acabado. Formulaciones A continuación se indican las proporciones para tres formulas en base del ácido fosfórico.
El pavonado puede efectuarse en medio ácido o en medio alcalino, con temperatura o sin ella, por lo que tendremos distintas formulaciones y procedimientos. A continuación se describen. 1 - Pavonado en medio alcalino y por medio de la acción del calor Uno de los procedimientos más ampliamente difundidos lo constituye el procedimiento llamado "JETAL", el que consiste en la aplicación de la siguiente formulación: Hidróxido de Sodio (NaOH) 0,75 kg Nitrato de Sodio (NO3Na) 0,25 kg Agua 1 lt La temperatura de operación está en el entorno de 121 - 149°C (su rango óptimo es de 135 - 143°C). Tiempo de exposición 10 - 30 min. Fe2+ + 2 NaCN--->2 Na+ + Fe(CN)2 Esta molécula de cianuro ferroso puede reaccionar con cuatro moléculas de cianuro de sodio para dar el complejo ferrocianuro de sodio. Fe(CN)2 + 4 NaCN--->Fe(CN)6Na4 Cuando el baño comienza a perder su eficacia, es necesario efectuar un regeneramiento del mismo mediante la adición de pequeñascantidades de los reactivos que puedan haberse agotado o eliminado por arrastre. Este tratamiento de regeneración se repite cuando sea necesario, requiriéndose una adición de 160 gr de cianuro por cada 10 m2 de metal tratado, lo que como ya se dijo, elimina la presencia de iones hierro. La cinética de la reacción es algunas veces lenta, y por este motivo el ennegrecimiento no se produce con facilidad, es el caso del hierro fundido y el de algunas chapas de hierro laminadas en frío. Se ha recomendado la inmersión previa del metal en una solución al 5 - 10% de ácido fluorhídrico para acelerar la reacción. A medida que tiene lugar la evaporación del agua, la solución comienza a concentrarse, provocando una elevación del punto de ebullición; por este motivo debe agregarse, de tanto en tanto, agua para mantener el punto de ebullición constante. Esto puede servir como una medida de la concentración de la solución. Si se dispone de algún equipamiento de laboratorio, lo aconsejable sería tomar la densidad del baño original y de esta forma tener una medida de la concentración donde referir futuros ajustes. Las adiciones de agua deben efectuarse con suma precaución, porque la solución es propensa a salpicar cuando se introduce el agua (agregar preferentemente agua caliente). El calentamiento de estos baños debe hacerse muy uniformemente. Cuando se emplea el gas como calefactor, el calor debe dirigirse a los lados del recipiente donde se está pavonando, para evitar una estratificación de la solución, que de por sí es bastante densa. Es una práctica común emplear dos baños de inmersión, el primero a menor concentración y temperatura que el segundo. Este procedimiento da un recubrimiento algo mejor. La adición de 5 - 15 gr de bicromato de sodio por litro, da un tono de pavón más hermoso. Asimismo con la adición de 20 gr de urea por litro, se comprobó que el hierro adquiere un color negro sumamente mate y el acero un color negro lustroso. El tratamiento se hizo a 127 - 138°C y los colores se produjeron en 5 min. Otras formulaciones: Nitrato de Sodio (NO3Na) 27 partes Hidróxido de Sodio (NaOH) 33 partes Agua 40 partes La temperatura de operación está en el entorno de 120 - 130°C. Tiempo de inmersión: 1 hora. Hidróxido de Sodio (NaOH) 400 gr Nitrito de Sodio (NO2Na) 10 gr Nitrito de Potasio (NO2K) 10 gr Agua 600 cm3 La temperatura de operación está en el entorno de 120 - 130°C. Tiempo de inmersión: 15 - 30 min
2 - Pavonado al ácido en frío Deben utilizarse recipientes de porcelana o de loza o vidrio, en los que se pone a hervir el agua hasta la ebullición. Entonces se añaden los productos, que abajo se indican, hasta que se disuelvan. Se retiran del fuego y se deja enfriar.
3 - Pavonado directo o indirecto por calor Usado generalmente para pequeñas piezas y tornillería. El color que se obtiene en general suele ser azulado brillante. El procedimiento a seguir es el de calentar la pieza colocada sobre una chapa metálica y aplicarle el soplete por debajo de la chapa hasta que se consiga el pavonado azul. A continuación se introduce la pieza en un recipiente con aceite mineral, con lo que se consigue que el color azul del pavonado pase a ser oscuro. Otro método es el Pavonado por cubrimiento que se basa en enterrar la pieza o piezas a pavonar y calentarlas enterradas a fuego lento. Como medio puede utilizarse arena de playa, limpia y libre de sales, cenizas de cortezas de roble o cal viva. Se debe tener cuidado de que las piezas a pavonar estén perfectamente cubiertas, sin tocar el fondo del recipiente. Por desenterramiento se puede ir observando el tono que se va logrando, teniendo precaución de no tocar las piezas con las manos, hasta tanto no se hayan aceitado una vez conseguida la oxidación. Tratamiento previo de la superficie En primer lugar es necesario limpiar y desengrasar perfectamente los objetos a fosfatar o pavonar, ya que en caso contrario tendríamos problemas en aquellas partes sobre las que hubiera restos de grasa por minúsculos que estos fuesen. Generalmente a continuación se realiza el trabajo de pulir, aunque esto no siempre es necesario. Si se quiere un acabado rugoso o mate, una vez desengrasado, se somete a un proceso de arenado o blastinizado, con lo que sería suficiente. El desengrasado se realiza sumergiendo en una solución saturada de soda cáustica, la pieza a desengrasar y llevando por calentamiento esta solución hasta ebullición. Una vez comenzada la ebullición se mantiene durante 1 hora, con lo que se conseguirá que quede totalmente limpio de grasa. A continuación se sumerge la pieza en un recipiente con cal viva para garantizar la eliminación de la grasa. Este paso puede obviarse y terminarse de desengrasar con Tricloroetileno. Se enjuaga con abundante agua para retirar el resto de cal, y se seca la pieza, teniendo cuidado de no tocarla con las manos ni que pueda tener contacto con cualquier cosa que tenga grasa o aceite. Fórmulas desoxidantes
Recomendaciones para el lugar de trabajo Por los gases tóxicos que se producen, el lugar debe tener una aireación importante. El lugar de trabajo debe estar correctamente iluminado. Recomendaciones para el tratamiento de los baños agotados El lugar de escurrimiento de los líquidos de trabajo debe ser especial; ya que son ácidos o sales sumamente contaminantes, corrosivos y por consecuencia, de elevada peligrosidad, que no se los puede tirar en cualquier lugar, sino que deben ser neutralizados, para que posteriormente empresas tratadoras autorizadas procedan a su retiro y disposición. Métodos Electroquímicos El metal depositado puede obtenerse de una sal disuelta en el baño electrolítico. Aquí también la preparación previa de la superficie adquiere suma importancia, debido a que el revestimiento copiará los contornos del objeto que se pretende revestir. Valen los conceptos expuestos anteriormente en el tratamiento por pavonado. Unidades electroquímicas El amperio se define electroquímicamente como la corriente eléctrica de intensidad invariable que deposita plata a razón de 0,0011180 g/seg. de una solución de AgNO3. Dividiendo la intensidad en amperios que pasa por una sección de un conductor por el área de dicha sección, se obtiene lo que se llama la densidad de corriente medida en amperio por metro cuadrado, amperio por centímetro cuadrado, etc. El culombio o amperio.segundo es la cantidad de electricidad que depositará 0,0011180 g de plata de una solución acuosa de AgNO3. Leyes electroquímicas Los conductores de electricidad se clasifican en tres clases.
Leyes de Faraday 1º Ley Las cantidades de substancias puestas en libertad en los electrodos son directamente proporcionales a la cantidad de electricidad que pasa a través de la solución 2º Ley La misma cantidad de electricidad pone en libertad, en los electrodos, el mismo número de equivalentes de las substancias. Ej: la cantidad de plata liberada en el cátodo por el paso de 20 culombios de electricidad a través de una solución de sal de plata es el doble de la que se obtendría por el paso de 10 culombios. Las moléculas neutras disueltas en un electrolito consisten en dos partes con cargas opuestas, denominadas iones. Los que se mueven hacia el cátodo se llaman cationes. Los que se mueven hacia el ánodo son los aniones. Cuando pasa la corriente, los iones positivos (cationes) son atraídos hacia el cátodo cargado negativamente, donde se neutraliza su carga y son puestos en libertad. Análogamente los aniones se mueven hacia el ánodo y se descargan en él. El equivalente electroquímico de un elemento es el número de gramos de esa substancia liberados por el paso de 1 culombio de electricidad a través de un electrolito. Los equivalentes electroquímicos son proporcionales a los equivalentes químicos. Un culombio de electricidad libera, como ya dijimos, 0,0011180 g de plata de una solución de una sal de ese metal. Si el equivalente gramo de la plata (su peso atómico expresado en gramos dividido por su valencia) se divide por el equivalente electroquímico de la plata, tenemos: 107,88/0,0011180 = 96.464 culombios y se lo denomina faraday o faradio (F). Esto es, si se hace pasar un faraday a través de un conductor electrolítico, se liberará un equivalente-gramo de alguna substancia en cada electrodo. Espesores comerciales de los revestimientos Ni: rara vez mayor de 25 micrones; por lo general 12,5 micrones o menos.Cr: por lo general 0,5 - 1 micrones. Zn: mayor que 12,5 micrones; por lo general 25 micrones. Revestimientos compuestos:Cu-Ni-Cr: 7,5 micrones, 12,5 micrones, 0,5 micrones.Ni-Cu-Ni-Cr: 5 micrones, 7,5 micrones, 7,5 micrones, 0,5 micrones. Fórmulas típicas de los baños Cromo
Así fijando el espesor deseado, conociendo la densidad de corriente del proceso, se puede establecer el tiempo de pasaje de la corriente. Recubrimientos Orgánicos Al término de la Segunda Guerra Mundial, las industrias de pinturas y los fabricantes de resinas comenzaron a buscar nuevos métodos de fabricación, nuevos productos para ser ofrecidos a nuevos mercados para recuperar los años perdidos durante la guerra, acompañando la reconstrucción, con sistemas más modernos y productivos, en los nuevos complejos industriales. Los principales objetivos apuntaron a:
Hasta ese entonces, la única alternativa eran los sistemas "convencionales", con esmaltes líquidos de secado al aire o al horno. Estos, mediante el uso de sopletes de distinto tipo, proyectan la pintura diluida con solventes apropiados, sobre la pieza a pintar, la cual, luego de un tiempo de oreo, se introduce en el horno, produciéndose la evaporación de los solventes remanentes. Este sistema trae aparejado una serie de inconvenientes, siendo los más importantes:
Su composición de 100% de sólidos es lo que le permite superar todas las desventajas de los esmaltes tradicionales, mejorando calidad, aspecto y propiedades de la película aplicada, y obteniendo, a la vez una serie de ventajas adicionales: *Al ser un esmalte totalmente exento de solvente, no requiere ajuste de viscosidad, ni tiempos de oreo, lográndose altos espesores en una sola mano, sin problemas de chorreo o hervido. *Excelente adaptación a instalaciones automatizadas, disminuyendo costos de mano de obra *Excelente adaptación a instalaciones automatizadas, disminuyendo costos de mano de obra *Muy buena resistencia química y mecánica (elevada resistencia a niebla salina, cámara de humedad; alta resistencia a golpes, roces e impacto; muy buena elasticidad, permitiendo en algunos casos, hasta el prepintado - pintado anterior al plegado de la chapa) *Disminución a un mínimo de la cantidad de piezas rechazadas. *Eliminación del riesgo de incendio (son esmaltes incombustibles), con la consiguiente reducción de costos de seguros. No se requieren medidas de seguridad especiales para el almacenamiento. *Reducción de la contaminación ambiental. *Reducción de residuos de costosa eliminación. *Fácil limpieza de la instalación (solo requiere aire comprimido) Las primeras tentativas para producir pinturas en polvo para terminados en manufacturas industriales datan de 1950. En aquel entonces, la única resina sólida disponible en el mercado y que se prestaba para esta finalidad era la resina epoxi. Debido al uso de sistemas de fabricación inadecuados las tentativas e investigaciones fueron casi abandonadas hasta la década de 1960, cuando decididamente dentro de la "era de los plásticos", se destinó considerable esfuerzo al desarrollo de nuevas tecnologías, tanto en el área de fabricación de polvos, como en el área de aplicación. Entre 1965 y 1967 salió a la venta en el mercado europeo la primera pistola de aplicación por método electrostático. No pasaron muchos años, y gracias al esfuerzo conjunto de los fabricantes de resinas, de materias primas, de equipos de producción y aplicación y de los fabricantes de pinturas, los resultados superaron ampliamente las previsiones, llegando a los actuales productos considerados altamente competitivos y reconocidos; cualitativa y económicamente superiores a las mejores pinturas líquidas, constituyéndose en el principal referente por sus actuales y futuras normativas internacionales. Desde 1993, la Comunidad Económica Europea, exige Cero Solventes en las instalaciones Industriales. Básicamente, existen dos sistemas distintos de pinturas en polvo para uso industrial:
Ecología Las pinturas en polvo no desprenden solventes, ni durante la aplicación ni durante el proceso de fusión y polimerización. Solo desprenden pequeñas cantidades de vapor de agua, debido a la humedad que la pintura pudiera haber retenido durante el proceso de fabricación. La ausencia de residuos de difícil eliminación también es una ventaja ecológica. Seguridad No existe riesgo de incendio por inflamabilidad de solventes. Física de la Aplicación Frotando un pequeña vara de vidrio sobre un paño, se puede constatar que la vara atrae cuerpos pequeños como partículas de polvo o pedazos de papel. Podemos decir que la vara de vidrio ha sido electrizada. Con experiencias similares, comprobamos que todos los cuerpos pueden ser electrizados cuando son friccionados con otro cuerpo de naturaleza diferente. En el caso que mencionamos, el vidrio pierde electrones libres, que van hacia el paño, por tanto éste queda cargado negativamente (iones negativos), mientras que el vidrio queda cargado positivamente (iones positivos). Consideremos, ahora, el caso de una pistola para pintura electroestática, alimentada por una fuente de alimentación ( por ejemplo, 75kVcc negativos), y la pieza a pintar, conectada a tierra (potencial cero) . (Se produce el mismo fenómeno de fricción entre las partículas de polvo y el aire ionizado que se encuentra en el campo eléctrico generado por el electrodo de la pistola). Entre el electrodo de la pistola de aplicación y la pieza a ser pintada, existe un campo de fuerza eléctrico, y todas las partículas que se encuentran entre estos dos polos (en el campo) son sometidas a fuerzas tales que son atraídas por el punto más cercano de polaridad contraria ( pieza a pintar, por ejemplo). Las pistolas de aplicación de pinturas en polvo utilizan un electrodo de descarga parecido a una aguja, que al ser conectado al alto voltaje, genera en la punta y el ambiente que lo rodea un campo de fuerza eléctrico (efecto corona); entonces, se remueven electrones de los átomos de oxígeno y nitrógeno presentes en el aire; y es, justamente, este aire ionizado (con preponderancia de iones negativos, suponiendo que la fuente de alimentación sea de signo negativo) el responsable de las cargas de las partículas de pintura en polvo. De este modo, si una partícula de pintura en polvo (en origen, eléctricamente neutra) pasa a través del campo eléctrico producido en el electrodo de la pistola de aplicación, los iones negativos del aire serán atraídos hacia la partícula de pintura, que así adquirirá una carga negativa. El valor de la carga de las partículas de pintura y las características de la aplicación se definen por el tamaño y formato de las partículas de pintura en polvo, constante dieléctrica de las partículas de pintura en polvo, fuerza del campo eléctrico, presión y volumen de aire comprimido, uniformidad de la pulverización y el tiempo de permanencia de las partículas de pintura en polvo en el interior del campo eléctrico). Para poder analizar el mecanismo de carga en el campo eléctrico, es importante saber cómo son producidos los iones negativos en el interior de la zona. El electrodo de descarga, cuando es conectado a un potencial de alto voltaje, emite un flujo de electrones de alta velocidad, que son acelerados por la intensidad del campo electroestático en su cercanía. Estos electrones producirán iones positivos y negativos por colisión con las moléculas del aire. Los iones positivos vuelven a la punta del electrodo, mientras que los negativos emigran de la misma. La fuerza energética primaria para impartir carga electroestática sobre las partículas del polvo, es la alta velocidad de emisión de electrones, la que produce los inoes negativos. Suponiendo que la mayor parte de las partículas de polvo que pasan a través de la zona de corona han adquirido una carga determinada, tales partículas se depositarán sobre un objeto o pieza que es del mismo potencial de tierra; estando, además sometidas a la acción de otras fuerzas, como la gravedad y el movimiento del aire. Normalmente, se usan generadores que entregan tensiones al electrodo de la pistola en la franja entre 30 y 75 kVcc, pudiendo llegar hasta los 100 kVcc, con amperajes máximos del orden de los 75-100 uA. Las piezas así tratadas, son luego horneadas, para producir la cura o polimerización del revestimiento. El ciclo de cura (temperatura y tiempo) es normalmente fijado por cada fabricante para cada tipo de aplicación. El proceso puede ser continuo o discontinuo. Luego las piezas son sometidas a los siguientes ensayos de Control de Calidad:
Por el Ingeniero Químico Jorge Garretta Experto en Armamento de la UTN-FRA |
martes, 21 de febrero de 2012
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