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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
EDUCACIÓN TÉCNICA
TECNOLOGÍA ELECTROMECÁNICA
RECUBRIMIENTOS METÁLICOS DE: COBRE, CROMO Y NÍQUEL EN PIEZAS
FERROSAS MEDIANTE EL PROCESO ELECTROLÍTICO.
Trabajo de Investigación previo a la obtención del Grado de Tecnólogo Superior en
Electromecánica
AUTOR: JIMÉNEZ COBOS LUIS GERMAN
TUTOR: MSc. MORALES ANDINO EDISON EDUARDO
Quito D.M., Ecuador.
ii
DEDICATORIA
El presente trabajo es dedicado a mi familia
que me han apoyado en todas las etapas de mi
vida.
A la Escuela de Educación Técnica, que me
ha abierto las puertas y a los docentes que
brindaron la guia competente para la
formación profesional.
iii
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mis padres y hermana, por su
buen consejo, porque me inspiro la
responsabilidad y a no rendirse jamás.
A mi Tutor de tesis, MSc. Edison Morales por
su don de gente como también su esfuerzo,
paciencia y dedicación.
A las personas de mi entorno afectivo y
profesional por su amistad, consejos, apoyo,
animo, y compañía en los momentos
complicados.
iv
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, JIMÉNEZ COBOS LUIS GERMAN, en calidad de autor de trabajo de investigación
realizada sobre “RECUBRIMIENTOS METÁLICOS DE: COBRE, CROMO Y NÍQUEL EN
PIEZAS FERROSAS MEDIANTE EL PROCESO ELECTROLÍTICO”, por la presente
autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los
contenidos que me pertenecen o de parte de los que contienen esta obra, con fines
estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,
seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y
demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Tambien, autorizo a la Universidad Central del Ecuador realizar la digitalizacion y
publicación de éste trabajo de investigación en el repositorio virtual, de conformidad a lo
dispuesto en el Art. 144 de la Ley Organica de Educación Superior.
Quito, Junio 2017.
LUIS GERMAN JIMÉNEZ COBOS.
C.I. 0502977614.
v
CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, EDISON EDUARDO MORALES ANDINO, en calidad de tutor de trabajo de titulación,
modalidad Proyecto de Investigación, elaborado por JIMÉNEZ COBOS LUIS GERMAN;
cuyo titulo es: RECUBRIMIENTOS METÁLICOS DE: COBRE, CROMO Y NÍQUEL EN
PIEZAS FERROSAS MEDIANTE EL PROCESO ELECTROLÍTICO, previo la obtección
de Grado de Tecnólogo Superior en Electromecánica, considero que el mismo reúne los
requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y epistemológico, para ser
sometido a la evaluacion por parte del tribunal examinador que se designe, por lo que lo
APRUEBO, a fin de que el trabajo se habilitado para continuar con el proceso de titulación
determinado por la Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito 01 de Febrero del 2017.
______________________
MSc. EDISON MORALES.
C.I. 1707265565.
vi
ÌNDICE
PÁG.
DEDICATORIA ........................................................................................................................ ii
AGRADECIMIENTO .............................................................................................................. iii
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL ........................................................ iv
CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................. v
ÌNDICE ..................................................................................................................................... vi
ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................. ix
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................... x
ÍNDICE DE ANEXOS ............................................................................................................. xi
RESUMEN .............................................................................................................................. xii
ABSTRACT ............................................................................................................................ xiii
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1
CAPÍTULO I ............................................................................................................................. 2
DELIMITACIÓN DEL TEMA ................................................................................................. 2
RECUBRIMIENTOS METÁLICOS DE: COBRE, CROMO Y NÍQUEL EN PIEZAS
FERROSAS MEDIANTE EL PROCESO ELECTROLÍTICO. ............................................... 2
OBJETIVOS .............................................................................................................................. 3
Objetivo General ........................................................................................................................ 3
Objetivos Específicos................................................................................................................. 3
JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................... 4
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................................ 5
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ..................................... 5
IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE INFORMACIÓN .............................................. 5
PROCESO DE LA INFORMACIÓN ........................................................................................ 6
CAPÍTULO II ............................................................................................................................ 7
vii
MARCO TEÓRICO................................................................................................................... 7
GUIÓN DE CONTENIDOS ...................................................................................................... 7
METALES ................................................................................................................................. 9
Metales férricos: ................................................................................................................. 9
Metales no férricos ............................................................................................................. 9
PROPIEDADES DE LOS METALES ...................................................................................... 9
REACCIONES QUÍMICAS EN LOS METALES ................................................................. 10
Corrosión. ......................................................................................................................... 11
Oxidación.......................................................................................................................... 14
PROTECCIÓN DE METALES FERROSOS ......................................................................... 14
Electrólisis ........................................................................................................................ 15
RECUBRIMIENTOS METÁLICOS POR ELECTRÓLISIS ................................................. 18
Proceso de electrólisis para el recubrimiento metálico. ........................................................... 19
Desengrase. .............................................................................................................................. 20
Preparación y acondicionamiento ............................................................................................ 23
EQUIPOS Y MATERIALES .................................................................................................. 25
Cubetas para electrólisis. ......................................................................................................... 25
La Corriente Eléctrica ....................................................................................................... 25
Transformador.......................................................................................................................... 25
Materiales. ........................................................................................................................ 26
COBREADO............................................................................................................................ 26
El Cobre. .................................................................................................................................. 26
El cobre ácido. .................................................................................................................. 27
El baño de cobre alcalino.................................................................................................. 28
CROMADO ............................................................................................................................. 29
Cromo. ..................................................................................................................................... 29
Preparacion. ...................................................................................................................... 30
NIQUELADO .......................................................................................................................... 32
viii
Níquel. ...................................................................................................................................... 32
Proceso de níquel mate. ........................................................................................................... 33
Proceso de niquelado brillante ................................................................................................. 33
Mantenimiento De Las Soluciones Del Proceso De Níquel. ............................................ 35
DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS ............................................................................. 36
CAPÍTULO III ......................................................................................................................... 37
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ..................................................................... 37
CONCLUSIONES. .................................................................................................................. 37
RECOMENDACIONES. ......................................................................................................... 38
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 39
NETGRAFÍA. .......................................................................................................................... 40
ANEXOS ................................................................................................................................. 41
ANEXO 1................................................................................................................................. 41
ANEXO 2................................................................................................................................. 42
ANEXO 3................................................................................................................................. 43
ANEXO 4................................................................................................................................. 43
ANEXO 5................................................................................................................................. 44
ANEXO 6................................................................................................................................. 44
ANEXO 7................................................................................................................................. 45
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁG.
Figura 1 Reacción Química en metal férrico ........................................................................... 11
Figura 2 Corrosión intergranular causada por presencia de cloruros en un acero inoxidable
austenítico ................................................................................................................................ 11
Figura 3 Recubrimiento superficial atenuante de oxidación y corrosión. ............................... 15
Figura 4 Electrólisis de cloruro de sodio fundido. Los iones Cl- se oxidan a Cl2 (g) en el
ánodo, y los iones Na- se reducen a Na(l) en el cátodo. .......................................................... 16
Figura 5 Enjuague en cascada el agua fluye en contracorriente respecto a las piezas de modo
que se reutiliza la misma agua. (Swisscontac, 2015, pág. 24) ................................................. 24
Figura 6 Enjuague en estancos es el enjuague de piezas en una cuba de agua sin aporte
continuo. (Swisscontac, 2015, pág. 24) ................................................................................... 24
Figura 7 Enjuague por duchas permite eliminar gran parte del arrastre de piezas en bastidor
con un caudal de agua reducido. (Swisscontac, 2015, pág. 24) ............................................... 24
Figura 8 Esquema de un transformador. .................................................................................. 26
Figura 9 Celda electrolítica para refinación de cobre. (Brown, LeMay, Bursten, & Burdge,
2004, pág. 929) ........................................................................................................................ 27
Figura 10 Sulfato de cobre (Autoria propia) ............................................................................ 28
Figura 11 Cromo puro.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/Chromium_crystals_and_1cm3
_cube.jpg/330px-Chromium_crystals_and_1cm3_cube.jpg .................................................... 30
Figura 12 Sulfato de cobre (Autoria propia) ........................................................................... 31
Figura 13 Sulfato de niquel (Autoria propia) ........................................................................... 35
x
ÍNDICE DE TABLAS
PÁG.
Tabla 1 ....................................................................................................................................... 9
Tabla 2 ..................................................................................................................................... 16
Tabla 3 ..................................................................................................................................... 19
Tabla 4 ..................................................................................................................................... 22
xi
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁG.
ANEXO 1. Fórmulas de electrolitos de cobreado ácido al sulfato de cobre. .......................... 41
ANEXO 2 Fórmulas de electrolitos de cobreado cianurado: baños quietos. (Fosfamet, 2012,
pág. 111) .................................................................................................................................. 42
ANEXO 3 Fórmulas de electrolitos de niquelado al sulfato y cloruro, baños quietos.
(Fosfamet, 2012, pág. 112) ...................................................................................................... 43
ANEXO 4 Fórmulas de electrolitos de cromo. (Fosfamet, 2012, pág. 26; 30) ....................... 43
ANEXO 5 Fórmulas de electrolitos de niquelado. (Fosfamet, 2012, pág. 31) ........................ 44
ANEXO 6 Lugar de trabajo para recubrimiento electrolítico. ................................................ 44
ANEXO 7 Objetivos de acuerdo al tipo de Investigación. (Hurtado, 1995. , pág. 1) ............ 45
xii
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
CARRERA DE EDUCACIÓN TÉCNICA
TECNOLOGÍA ELECTROMECÁNICA
RECUBRIMIENTOS METÁLICOS DE: COBRE, CROMO Y NÍQUEL EN PIEZAS
FERROSAS MEDIANTE EL PROCESO ELECTROLÍTICO.
Autor: Luis German Jiménez Cobos.
Tutor: MSc. Edison Eduardo Morales Andino.
Quito, Julio, 2017.
RESUMEN
La presente investigación es un estudio profundo del recubrimiento en metales
mediante procesos electrolíticos desde la forma natural en los metales a utilizarse hasta los
compuestos sintéticos y elaborados, para lo cual se hizo la respectiva identificación del tema,
se planteó objetivos, se identificó los recursos e información necesaria hasta llegar a la
elaboración de un estudio para recubrimientos electrolíticos de cobre, cromo y níquel en
piezas ferrozas después de lo cual se realizó el respectivo informe. Además se utilizó varias
propuestas para identificar los distintos componentes. Con lo cual se propondrá un proceso
para recubrimientos electrolíticos mediante procesos electrolíticos el misma que servirá como
guía de ensayo de galvanoplastia. Con el ensayo de este tipo de recubrimientos los estudiantes
estarán más familiarizados con las formas de protección galvanoplástica a metales –
principalmente ferrosos- de la oxidación por agentes externos, en ellos.
DESCRIPTORES.- RECUBRIMIENTOS METÁLICO, COBRE, CROMO, NÍQUEL,
PIEZAS FERROSAS, MEDIANTE EL PROCESO ELECTROLÍTICO.
xiii
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
CARRERA DE EDUCACIÓN TÉCNICA
TECNOLOGÍA ELECTROMECÁNICA
METALLIC COATINGS OF: COPPER, CHROME AND NICKEL IN FERROUS PARTS
THROUGH THE ELECTROLYTIC PROCESS.
Autor: Luis German Jiménez Cobos.
Tutor: MSc. Edison Morales.
Quito, July, 2017.
ABSTRACT
The present investigation is an in depth study of the coating in metals by means of
electrolytic processes from the natural form in the metals to be used to the synthetic and
elaborated compounds, for which the respective identification of the subject was made,
objectives were identified, resources were identified and Necessary information to the
preparation of a study for electrolytic coatings of copper, chromium and nickel in ferrous
parts after which the corresponding report was made. In addition several proposals were used
to identify the different components. This will propose a process for electrolytic coatings by
means of electrolytic processes which will serve as a guide for the electroplating test. With
the test of this type of coatings the students will be more familiar with the forms of
galvanoplastic protection to metals - mainly ferrous metals - of the oxidation by external
agents, in them.
DESCRIPTORS.- METAL COATINGS, COPPER, CHROME, NICKEL, FERROUS
PARTS, THROUGH THE ELECTROLYTIC PROCESS.
1
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo de investigación trata los recubrimientos metálicos de:
cobre, cromo y níquel mediante procesos electrolíticos en piezas ferrosas
ampliándose un poco más en el punto de vista industrial donde es él área que
interesa con especial atención.
Este trabajo es una orientación de ensayos no destructivos en materiales de uso
industrial, a más, aportó con la descripción de elementos y procedimientos
necesarios para la elaboración de recubrimientos metálicos.
En el capítulo I se aprecia los objetivos de acuerdo al nivel de investigación
descriptiva y las razones por las cuales se hizo la monografía a más se delimita los
beneficiarios directos del mencionado trabajo, como también la metodología que
se utilizó en el desarrollo monográfico.
En el capítulo II se presenta un organizador gráfico, en el cual se detalla los
conceptos relacionados al tema, en orden ascendente y descendente.
En el capítulo III se realizó un análisis plasmadas en las recomendaciones y
conclusiones según las circunstancias en las que se elaboraró la monografía.
Siendo éste un trabajo de contenido teórico, se deja a responsabilidad del usuario
el uso de de la información como el correcto uso de los elementos y materiales
que se mencionan.
El trabajo finaliza con una compilación de datos, bibliografía, net grafía, y anexos.
2
CAPÍTULO I
DELIMITACIÓN DEL TEMA
RECUBRIMIENTOS METÁLICOS DE: COBRE, CROMO Y NÍQUEL EN
PIEZAS FERROSAS MEDIANTE EL PROCESO ELECTROLÍTICO.
Los recubrimientos en metales especialmente en los ferrosos, tiene gran aplicación
dentro del área de la industria, tanto en la fabricación de: piezas, maquinaria, entre
otros; como también, la utilización en la propia infraestructura de la industria.
El recubrimiento electrolítico es uno de muchos procesos en piezas metálicas de
uso industrial, doméstico e incluso en labores artesanales, como es la joyería; en
todos los casos tiene gran demanda y uso. Debido a que sirve principalmente para
atenuar la oxidación y corrosión de los metales.
El presente estudio pretende puntualizar en el proceso del recubrimiento
electrolítico de piezas metálicas ferrosas mediante la información adecuada para
ser una fuente de consulta sencilla y práctica de los elementos y consideraciones
necesarias para que estudiantes de la Escuela de Educación Técnica, o personas
particulares hagan uso de la misma para la continua superación de sus
conocimientos técnicos y tecnológicos.
3
OBJETIVOS
Objetivo General
Describir los fundamentos teóricos para el proceso de recubrimientos
metálicos de: cobre, cromo y níquel en piezas ferrosas mediante el proceso
de recubrimiento electrolítico como una forma de mejorar las
características de protección ante los agentes ambientales.
Objetivos Específicos
Identificar las propiedades físicas y químicas del cobre, cromo y níquel
mediante la investigación de las mismas para considerarlas en el proceso
electrolítico.
Detallar los elementos que se requiere en el proceso de recubrimientos
electrolíticos de cobre, cromo y níquel para la obtención de un buen
recubrimiento de piezas ferrosas.
Definir un proceso de recubrimiento electrolítico en piezas metálicas a fin
de que sea utilizado como fuente de información para mejorar las
características de materiales ferrosos.
4
JUSTIFICACIÓN
La aplicación de recubrimientos electrolíticos con materiales de mejores
características, es importante para alargar la vida útil de las piezas metálicas que
tienen distinto uso y aplicación, desde joyería hasta piezas de gran magnitud de
uso industrial y de infraestructura.
Los procesos aplicados para el recubrimiento se basan principalmente en dos tipos
de recubrimientos que son: metálicos y no metálicos.
Los procesos de recubrimiento electrolítico utilizan ciertas sales de metal que se
quiera utilizar para cubrir otro metal de distinto tipo. Generalmente se usa éste
proceso para atenuar o disminuir el deterioro de metales que estén en contacto con
ambientes húmedos o sumergidos en su totalidad en ríos, lagos u océanos o
yacidos en el suelo.
La tecnología de los materiales cambia continuamente, al igual que las
condiciones climáticas, lo cual exige una demanda más alta y de mayor eficiencia
en la estructura de los materiales más utilizados en la intemperie.
Los procesos actúales se basan en un principio básico el cual es importante
conocer, desarrollar y aplicar para obtener como resultado materiales que
cumplan resistencia ante los agentes oxidantes y corrosivos.
El desarrollo del proceso del niquelado y el cromado como recubrimiento
metálico es de gran utilidad debido a que estos metales son muy resistentes a
condiciones climáticas extremas, por otro lado el conocimiento como tal que éste
proceso brinda enriquece la experiencia y aprendizaje de estudiantes de la
Escuela de Educación Técnica o personas particulares para realizar los procesos
electrolíticos de piezas ferrosas, como son los de: cobreado, cromado y niquelado
en la protección de piezas para prolongar su vida útil mejorando sus propiedades.
5
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El desarrollo de la presente investigación, se realizó de acuerdo al siguiente
procedimiento:
Identificación del tema.
Delimitación del tema.
Elaboración de los objetivos.
Identificación de las fuentes de información.
Elaboración del guion de contenidos.
Desarrollo de los contenidos.
Aplicación del trabajo.
Elaboración de conclusiones y comentarios.
Informe de la monografía y de trabajo.
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
En cuanto a las técnicas e instrumentos de recolección de datos se han seguido las
siguientes:
Técnica de la lectura.
Técnica de fichaje.
Técnicas de síntesis.
Técnicas de análisis de los contenidos, extracción de citas cortas y largas.
Identificación de temas.
Acopio de bibliografía y netgrafía.
IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE INFORMACIÓN
Se utilizó distintos tipos de fuentes de la información de acuerdo al nivel de las mismas
como son como son las fuentes primarias las cuales proporcionarón la información real y
que provienen de investigaciones que no han sufrido ninguna modificación o
interpretación. Se accedió a las fuentes secundarias las cuales se componen de fuentes
primarias que han sido modificadas o, pudieran incluir alguna opinión de otros autores. Se
usó también las fuentes tercearias estas proporcionan información en base a fuentes
secundarias, en ellas se puede localizar datos precisos y generales acerca de alguna
6
investigación original. Ejemplos de fuentes tercearias son: libros de texto, diccionarios,
enciclopedias, etc..
PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Duarante la investigación se realizó el ordenación, tratamiento de datos como también los
elementos básicos de información, mediante el empleo del sistema del diseño de la
investigación descriptiva de recubrimientos metálicos de: cobre, cromo y níquel en piezas
ferrosas mediante el proceso electrolítico.
7
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
GUIÓN DE CONTENIDOS
METALES
Propiedades Físicas y Químicas
Reacciones Químicas
Corrosión
Oxidación
Protección de metales ferrosos.
Electrólisis
8
RECUBRIMIENTOS METÁLICOS POR
ELECTRÓLISIS
Pulido
Abrillantado
Desengrase
Preparación y acondicionamiento
Recubrimiento
Limpieza y comprobación.
Equipos y materiales
Cobreado
Cobre
Tratamiento Previo
Procesos
Cromado
Cromo
Tratamiento Previo
Procesos
Niquelado
Níquel
Tratamiento Previo
Procesos
9
METALES
Son materiales los cuales se obtienen a partir de determinados minerales. Algunas de las
variedades principales son el acero, el bronce, el estaño, el cobre o el aluminio. Poseen
propiedades físico-quimicas además peseen un brillo característico, son sólidos a temperatura
ordinaria, salvo el mercurio. En sus sales en disolución forman iones electropositivos
(cationes).
A los metales para conveniencia de la investigación se clasifican como férricos o no férricos.
Metales férricos: están compuestos básicamente de hierro. Se obtiene a partir de minerales
de hierro, como: Oligisto, Siderita, Magnetita y otros. Los minerales se mezclan con el
carbón y otros para su fundición en el alto horno, luego el resultado de éste proceso es el
lingote de alto horno que contiene una aleación rica en hierro, carbono, silicio y fósforo, el
cual a su vez en otros hornos se produce el hierro colado. El acero en todas sus variedades es
el principal metal férrico.
Metales no férricos: no poseen hierro en su composición, los principales son: cobre,
aluminio, estaño y plomo.
PROPIEDADES DE LOS METALES
Son las características que los diferencian del resto de materiales y lo hacen adecuado para
una determinada aplicación.
Según el Equipo Cultural (2004), se consideran: “Los dos criterios principales son por sus
propiedades mecánicas y por sus propiedades físicas”(p.102).
Tabla 1
Tabla de Propiedades físicas y mecánica de los metales.
FÍSICAS MECÁNICAS
Densidad Se define como la
masa para el
volumen. Se
simboliza con:
Elasticidad Recuperación de la
forma luego de ser
sometido a una
fuerza
Fusibilidad Mayor o menor Plasticidad Deformación
10
facilidad para
fundirse por
efecto del calor.
permanente sin
romperse.
Maleabilidad y
ductilidad.
Dilatación El aumento del
volumen por
acción del calor
Dureza Indica la resistencia
del material
Conductividad
térmica
Facilidad en
mayor o menor
grado al paso del
calor.
Tenacidad Resistencia a
esfuerzos y
deformaciones
considerables antes
de romperse
Conductividad
eléctrica
Facilidad en
mayor o menor
grado al paso de
la corriente
eléctrica.
Fragilidad Ruptura antes de
deformarse
considerablemente
Ópticas Reacciones frente
a la luz.
Transparentes,
Translúcidos,
Opacos.
Fatiga Resistencia sin
ruptura a fuerzas
variables con
diferentes sentidos
Autoría propia.
REACCIONES QUÍMICAS EN LOS METALES
Para (Ramirez Moncada, 2012): “Una reacción química es un proceso por el cual una o más
sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades
diferentes, llamadas productos” (p.1). En una reacción química en los metales, los enlaces
entre los átomos que forman los reactivos se rompen es decir los átomos se reorganizan de
otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las
iniciales.
11
Figura 1 Reacción Química en metal férrico
Fuente: http://artigoo.com/images/users/wenceslao/gallery/c2f5a0e4c2g6/re3.jpg
Corrosión. Es el estado de equilibrio, o forma estable de los metales, en el que se presentan
en la naturaleza combinados con otros elementos con lo cuales forman compuestos químicos
(óxidos, carbonatos, sulfatos, etc.). mediante los procesos metalúrgicos se obtienen los
metales puros a partir de los minerales, situándolos en condiciones no estables que pueden
conservar durante largos periodos. En este estado, los metales poseen una tendencia hacia su
estado natural llamada corrosión, que se manifiesta como una destrucción lenta y progresiva
de los metales por efecto de agentes exteriores. Mientras que el proceso para obtener un
metal es provocado y rápido, el de la corrosión es, hasta cierto punto, natural y lento. Cuando
u n metal se halla en un ambiente corrosivo, las partículas que reaccionan solo se encuentran
en cantidades limitadas, pues su contacto es superficial; por tanto, la reacción ha de ser lenta
y más aun si se obstaculiza recubriéndolo de algún superficie.
Figura 2 Corrosión intergranular causada por presencia de cloruros en un acero inoxidable austenítico
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtual/publicaciones/geologia/v06_n11/images/pag75_fig1.jpg
12
Causas. La corrosión no ataca por igual a todos los metales, aun en un mismo ambiente,
puesto que están más sujetos a sus efectos los que presentan un carácter más electro negativo
que el del hidrogeno. Aún tratándose de dos metales con igual carácter, no sufren sirla
corrosión en la misma forma, y algunos como el cromo y el níquel quedan “pasivos”, y el tal
condición no la experimentan.
Actualmente se admite que la corrosión se produce por dos formas fundamentales: la química
y la electroquímica, a su vez la corrosión electroquímica puede producirse sin una fuerza
electromotriz exterior llamándose entonces corrosión galvánica, o a causa de dicha fuerza,
constituyendo entonces la corrosión electroquímica propiamente dicha.
(Rosario Francia & Yácono Llanos, 2003)Podemos definir la corrosión como
el daño que sufren los materiales por las acciones del medio en que se encuentran,
produciendo pérdidas en sus propiedades mecánicas de resistencia, lo que da lugar a
cambios en la geometría de las estructuras y componentes que les hacen perder la función
para la cual estaban determinadas, ocasionando:
-Pérdidas directas, como el cambio de estructuras y equipos corroídos.
-Pérdidas indirectas, como la pérdida de producción por suspensión temporal de los
sistemas productivos y las instalaciones, y la contaminación de los bienes creados.
-Pérdidas de recursos naturales escasos.
-Pérdidas de bienestar y vidas humanas.
-Pérdidas de la eficiencia.
-Sobredimensionamiento.
-Aumento de los costos de explotación.(p.71)
Tipos. La corrosión se presentan bajo distintas formas y dependen de la cantidad del metal y
de los factores que intervienen. Esencialmente, se pueden distinguir: uniforme; localizada e
intergranular.
La resistencia mecánica decrece proporcionalmente a la disminución del espesor. La pérdida
de material se mide en miligramos por decímetro cuadrado y por día (mg/dd).
Conociendo la densidad del material que se corroe, es fácil calcular el nuevo espesor con
relación a la perdida en peso.
Corrosión localizada. Se manifiesta en las zonas de la superficie donde se localiza el efecto
destructivo, quedando el metal “picado” o con grandes rugosidades.
13
Corrosión intergranular. Se produce en la unión de los granos o cristales de la estructura de
los metales, por impurezas en sus contornos, debilitando su resistencia y pudiendo originar la
desintegración la pieza sin que apenas sea visible al exterior.
Corrosión selectiva. Un ejemplo clásico es el descincado de los latones, que son aleaciones
de cobre-cinc. El descincado da como resultado una magulladura de cinc del latón, dejando
una masa porosa de cobre de baja resistencia.
Corrosión bajo tensiones. Cuando actúan esfuerzos de estáticos superficiales de tensión,
combinados con un medio corrosivo.
Corrosión-erosión. Flujo turbulento de fluidos que contienen sólidos en suspensión. La
combinación de este elemento mecánico, un medio corrosivo acelera el deterioro del metal.
Corrosión con fatiga. combinación mecánico-corrosiva debida a la acción de un medio
agresivo sobre el metal, sometido a su vez a esfuerzos variables.
Corrosión galvánica. si se sumergen dos metales en una disolución acuosa o se exponen a la
atmósfera húmeda, se produce una corrosión del metal de menor potencial electroquímico,
que actúa como ánodo, y permanece inactivo el de mayor potencial electroquímico.
Corrosión química: resultado de la acción de los ácidos y los álcalis. Por lo que respecta a
los ácidos, hay que distinguir entre oxidantes y no oxidantes.
Cuando los ácidos no son oxidantes (sulfhídrico, clorhídrico, etc.), la corrosión depende de
que el metal sea capaz o no de desplazar los iones de hidrógeno y, por tanto la reacción
continuará hasta agotarse el metal.
El Hierro es atacado por los ácidos no oxidantes, lo cual favorece la presencia de azufre.
Los ácidos oxidantes favorecen la reacción catódica de modo que ésta, en ausencia de
oxígeno disuelto, puede producirse rápidamente.
Los metales del lado activo se disuelven en ácido nítrico, los del lado noble también, y más
violentamente si no se agita el líquido. El Hierro es atacado por el ácido nítrico, pero que él
puede formar una película protectora en la superficie, cesando así el ataque, aunque esta
película será disuelta muy lentamente.
14
Si el ácido esta diluido, la corrosión tiene lugar violentamente, pero sí el ácido está
concentrado, el hierro queda autoprotegido después de un ligero ataque al principio. Así pues,
el hierro puede quedarse pasivo introduciéndolo el ácido nítrico concentrado, lo cual le
permitirá resistir la acción del ácido diluido lo que normalmente lo atacaría. Los álcalis en
disoluciones concentradas, los atacaron rápidamente. Metales susceptibles de ser atacados
por una solución de hidróxido sódico son: cinc, aluminio, plomo, estaño y cobre. Los más
resistentes a los álcalis son: níquel, plata, magnesio.
Oxidación. La oxidación es uno de os procesos químicos que cambia la composición de los
metales.
De acuerdo a (Brown, LeMay, Bursten, & Burdge, 2004) Las Reacciones De
Oxidación-Reducción (Redox) se cuentan entre las reacciones químicas más comunes e
importantes. Intervienen en una extensa variedad de procesos importantes, como el
enmohecimiento del hierro, la manufactura y acción de los blanqueadores y la respiración
de los animales. Como ya se expuso, la oxidación se refiere a la pérdida de electrones. A
la inversa, la reducción concierne a la ganancia de electrones. Por consiguiente, ocurren
reacciones de oxidación-reducción cuando se transfieren electrones del átomo que se
oxida al átomoque se reduce. (p.777)
Reacción fundamental derivada de la corrosión de los metales y se define como el efecto
producido por el oxígeno en la superficie de un metal como consecuencia de factores
externos que facilitan su desarrollo. Hay metales, como el aluminio y el cobre, que no
presentan un fenómeno de agrietamiento por oxidación y tiene ahora espesor crítico de la
capa oxidada que los protege de la oxidación progresiva.
PROTECCIÓN DE METALES FERROSOS
El tratamiento de superficiés se pueden catalogar según (Dominighi, 2010) :“Coberturas
metálicas: Fusión, cementado, Recubrimiento electrolítico, enchapado, aspersión catódica.
Coberturas inorgánicas: vidriado, fosfatizado, sulfinizado. Coberturas orgánicas:Pinturas,
lacas y barnices. ProtecciónCatódica”(p.1)
15
Figura 3 Recubrimiento superficial atenuante de oxidación y corrosión.
Fuente: http://www.solociencia.com/wp-content/uploads/2013/02/Pinturas-para-metales-con-mayor-
proteccion-anticorrosiva.jpg
Es decir se usa el método de protección por barrera en que se usan: pinturas (Liquida o en
polvo), deposito electrolítico (cincado, cromado, estañado etc.) y metalizados.
Para atenuar la oxidación y la corrosión es imposible proteger a todos los metales y en todos
los casos. Se deberán tomar las siguientes condiciones para poder determinar la protección:
La clase y estado del metal (composición, estructura, impurezas, elaboración, tratamientos,
etc.).
Medio en que se encuentra (naturaleza, concentración, ph, o índice de acidez, presión,
temperatura, etc.).
Contacto entre el metal y el medio (forma de la pieza, estado de la superficie, etc.)
El procedimiento empleado para proteger los metales que se profundizo es el de deposito
electrolítico de cobre, cromo y níquel.
Electrólisis. Es aquel proceso químico que se da una reacción química denomidada Redox.
16
(Brown, LeMay, Bursten, & Burdge, 2004) Las celdas voltaicas se fundan en
reacciones espontáneas de oxidación-reducción. A la inversa, es posible usar energía
eléctrica para conseguir que se lleven a cabo reacciones redox no espontáneas. Por
ejemplo, se puede usar electricidad para descomponer cloruro de sodio fundido en los
elementos que lo componen:
2NaCl(l) 2Na(l) → Cl2(g)
Los procesos de este tipo, que son impulsados por una fuente externa de energía eléctrica,
se llaman reacciones de electrólisis y se llevan a cabo en celdas electrolíticas.
Una celda electrolítica consiste en dos electrodos inmersos en una sal fundida o en una
disolución. Una batería, o alguna otra fuente de corriente eléctrica directa, actúa como
bomba de electrones que empuja los electrones hacia un electrodo y los toma del otro.
(p.812)
Figura 4 Electrólisis de cloruro de sodio fundido. Los iones Cl- se oxidan a Cl2 (g) en el ánodo, y los iones Na-
se reducen a Na(l) en el cátodo.
Fuente: (Brown, LeMay, Bursten, & Burdge, 2004)
Recubrimientos metálicos. Se usan varias técnicas para realizar éste proceso entre ellas:
Tabla 2
Recubrimientos con coberturas metálicas.
PROTECCIÓN CON COBERTURAS METÁLICAS
Fusión El material que se desea
proteger se sumerge en un
baño que contiene el metal
protector en estado de fusión.
Hojalata, galvanizado,
cobertura con plomo.
Cementado Consiste en calentar al metal
que se desea proteger, con
Cementado con cinc:
Shedarizado.
17
otro metal (protector) en
polvo, a una temperatura
inferior al punto de fusión del
metal menos fusible.
Cementado con cromo:
Cromizado.
Cementado con silicio:
Siliconado.
Recubrimiento electrolítico Por medio de este método se
cubre al hierro con un baño
de metal protector que se
deposita por un proceso
electrolítico.
El objeto a cubrir, actúa
como cátodo en una cuba
electrolítica.
La solución de la cuba es de
una sal del metal que se
emplea como protector.
El ánodo está constituido por
el metal protector.
Para lograr un buen depósito
se debe pulir bien la pieza a
proteger.
Cobre (para proteger a los
metales que no van a estar en
contacto con alimentos), el
cinc (galvanizado), el estaño
(hojalata), el cromo, el
níquel, el oro y la plata.
Enchapado Se llama así al recubrimiento
de metales no nobles con
láminas de metales nobles.
Así se preparan lingotes de
hierro protegidos con láminas
de cobre que puede, luego,
laminarse o reducirse a
alambres.
Los dos metales que se
emplean en el enchapado
18
deben tener coeficientes de
maleabilidad muy
semejantes.
Aspersión catódica En una cámara de vacío,
provista d un ánodo y un
cátodo (este último,
construido con el metal con
el
cual se desea recubrir a los
objetos que se deben proteger
de la herrumbre), se colocan
las piezas metálicas.
Se produce una descarga de
1000 a 2000 voltios. El
cátodo se volatiliza,
depositándose su vapor
metálico sobre los objetos
que se desean proteger
Fuente: Creación propia
RECUBRIMIENTOS METÁLICOS POR ELECTRÓLISIS
La galvanoplastia, aplica los principios de la electrólisis con electrodos activos para depositar
electrolíticamente níquel sobre una pieza de acero es decir consiste depositar una fina capa de
un metal sobre otro metal a fin de embellecerlo o impartirle resistencia a la corrosión.
Recubrimientos metálicos por electrólisis: los recubrimientos electrolíticos galvánicos, sirven
para proteger las piezas mediante una capa de un metal autoprotector (Ni, Cu, Zn, Cr)
depositado, utilizado como ánodo y las piezas como cátodo. Se obtienen con un baño
electrolítico de una solución en forma de sulfatos o cianuros del metal que se ha de depositar.
Las pizas se sumergen en baños suspendidas por bastidores especiales o tambores. Los
recubrimientos electrolíticos utilizados en este caso son: cromado y niquelado.
19
(Gómez Hernández, 2013) Afirma que: “Se obtienen películas de metal protector utilizando
este como ánodo, y las piezas que se desea recubrir, como cátodos, y empleando un
electrolito de una solución del metal que se ha de depositar en forma de sulfatos o cianuros
con adición de algunas sustancias orgánicas.” (p. 7)
El espesor de la película oscila de 0,001 hasta 0,01mm. El Níquel (Ni) y el Cromo suelen
ponerse juntos debido a que el Ni es un buen protector contra la oxidación y la corrosión pero
se empaña con el aire húmedo, por lo cual se aplica una capa de cromo.
Proceso de electrólisis para el recubrimiento metálico.
Tabla 3
Proceso secuencial para el recubrimiento electrolítico.
SECUENCIAS DEL PROCESO
Pulimento mecánico Con rodillos, tambores, pastas.
Abrillantado mecánico Con felpas y pasta.
Desengrase total Tanto físico y químico.
Preparación y acondicionamiento De la solución electrolítica.
Medición y aplicación de la Corriente
Eléctrica
Para el baño y la superficie a recubrir.
Recubrimiento galvánico. Control las piezas recubiertas.
Limpieza final De las piezas recubiertas.
Comprobación De:dureza, brillo, adhesión, etc.
Fuente: Creación propia
Pulimiento mecánico. Son métodos mecánicos de preparación de las piezas: el esmerilado y
pulido. Prescinden asperezas o deformaciones superficiales e impurezas de mayor tamaño.
El primer pulimento la pieza de superficie rugosa, se debe trabajar con distintas muelas de
esmeril de grano decreciente, para finalizar el pulido con un trapo en la pulidora.
Para piezas muy pequeñas se realiza el pulido en tambores y vibradores, que contengan
elementos abrasivos que dan pulimento y en algunos casos hasta brillo.
20
Tabla 4
Pulidoras y discos de pulimiento.
Pulidoras de trapo o cepillo Hierro acero y níquel Discos deberán tener de:
200 mm., 2850 rev/ min.;
los de 250 mm., 2300 rev/
min.; los de 300 mm., 1880
rev/ min.; los de 350mm.,
1620 rev/ min., y los de
400mm, 1440 rev/ min.
Para el cobre y latón 200 mm., 2400 rev/ min.;
de 250 mm., 1900 rev/ min.;
de
300 mm., 1590 rev/ min.; de
350 mm., 1360 rev/ min., y
de 400 mm., 1190 rev/ min.
Discos comprimidos Todo tipo de mmetal. Lona, cuero, fieltro, etc
Discos de fieltro En formas especiales,
piezas de formas
intrincadas.
Se emplean con abrasivos de
grano más fino, y son
extremadamente flexibles.
Discos para abrillantar Níquel, latón, acero, etc. La composición abrasiva se
les aplica estando el disco en
rotación y apretando ésta
contra ellos en forma de
barra
Metales blandos. Construyen de un cierto
número de discos de
algodón, cuero, etc.
Autoría propia.
Desengrase. “Esta etapa tiene por objeto eliminar los aceites y grasas desde la superficie, a
fin de que no interfieran en las etapas sig (Fundación Wikimedia, Inc., 2017 )uientes.”
(Comision Nacional Del Medio Ambiente - Region Metropolitana, 2000. p. 13)
21
Las soluciones utilizadas son normalmente alcalinas.
Desengrase Químico – Es la más importante de todo el proceso, de toda la superficie a
recubrir.
Para retirar la grasa de los objetos a recubrir galvánicamente, estos se sumergen en una
solución acuosa concentrada y bien calientes de potasa caustica (Potasa ½ kg. agua 4 lt.)
durante unos 4 a 5 minutos.
Es importante indicar que la solución debe estar a una temperatura de 70 a 80 grados
centígrados. En este rango de temperatura el desengrase es más eficaz y lleva el menor
tiempo posible. Bajo este tratamiento, no se tocan con las manos y tampoco se dejen
expuestos al aire.
Desengrase Electrolitico. Para lograr resultados de calidad, es indispensable, ya que elimina
tanto los residuos o finisimas capas de grasa como también óxidos superficiales.
El desengrase más utilizado es el catódico alcalino sin cianuro en base fundamentalmente de
hidróxido de sodio o sosa caustica y ciertos aditivos humectantes.
El voltaje mas recomendado es de 6- 8 voltios por el lapso de 2 a 5 minutos según la
necesidad del operador.
Activado Superficial. Para:
(ÁLVAREZ LEÓN. & CHANGO LESCANO., 2012) Llamado neutralizado e
inclusive decapado suave, se utiliza para eliminar la pequeña capa de óxido que se ha
formado sobre la superficie del metal una vez que la superficie ha sido tratada o lavada en
sucesivas etapas. Esa pequeña capa de óxido hace que la superficie sea pasiva y por lo
tanto mal conductora. Las soluciones empleadas son por lo general ácidos muy diluidos.
Los activados permiten asimismo eliminar manchas generadas por compuestos orgánicos
y/o inorgánicos. pg. (31, 32)
Decapado. Según Guerra C. (2004) ”El decapado en este proceso tiene por objeto la
eliminación del oxido.” pg. (28)
Los metales ferrosos se considera, en general, que el óxido formado al calentar el hierro está
constituido por tres capas distintas:
22
-La externa, que es relativamente delgada; contiene la mayor proporción de oxígeno y
consiste en óxido férrico, Fe203 .
-Intermedia, que es más bien gruesa; está compuesta de óxido ferroso férrico, Fe304.
-Por último 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 que descompone por debajo de 570° C en un eutectoide de hierro y óxido
ferroso férrico.
Tabla 4
Ácidos y humectantes para el decapado.
ÁCIDO SULFÚRICO 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.
ÁCIDO CLORHÍDRICO La volatilidad del ácido hace impracticable
su empleo a elevadas 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.
En ocasiones se adiciona de ácido clorhídrico
23
al ácido sulfúrico, en tales adiciones se
acelera el decapado, y la mayor solubilidad
del cloruro ferroso hace posible usar la
solución mucho más tiempo.
AGENTES HUMECTANTES EN EL
DECAPADO
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.
Autoria propia.
Lavado Después Del Decapado. Es necesario un lavado cuidadoso después del decapado,
después de retirar el metal de la solución, se adhieren considerables cantidades de sales de
hierro conteniendo ácido introducido. Las sales residuales pueden acumularse también en los
poros del metal y traspirar después, perjudicando a cualquier recubrimiento que se aplique
ulteriormente.
Preparación y acondicionamiento
Eguague. Es Importante realizar un buen enjuague para eliminar todo resto de película
alcalina o ácida que pueda quedar en la superficie. Un mal enjuague puede dar lugar a una
mala adherencia, o manchas en los depósitos posteriores. (Fosfamet, 2012. P. 10)
Es necesario tomar en cuenta que se debe tener cuidado con el consumo y sobre todo con la
contaminación que se produce en el agua en este proceso.
24
Figura 5 Enjuague en cascada el agua fluye en contracorriente respecto a las piezas de modo que se reutiliza la
misma agua. (Swisscontac, 2015, pág. 24)
Figura 6 Enjuague en estancos es el enjuague de piezas en una cuba de agua sin aporte continuo. (Swisscontac,
2015, pág. 24)
Figura 7 Enjuague por duchas permite eliminar gran parte del arrastre de piezas en bastidor con un caudal de
agua reducido. (Swisscontac, 2015, pág. 24)
25
Recubrimiento galvánico. Es necesario controlas los siguientes parámetros:
-Densidad de corriente. (amperios / decímetro cuadrado de superficie, voltaje, amperaje).
-Temperatura.
-Movimiento del electrolito, (agitación, mecánica, neumática o recirculación).
-Composición,( Tipo de formulación).
-Concentración del baño, (densidad gramos / litro o boume).
-pH. (acides o alcalinidad del baño o solución).
EQUIPOS Y MATERIALES
Cubetas para electrólisis. Se usaran de acuerdo al taño de la pieza a realizar el
recubrimiento. Deben ser impermables y soportar tanto la temperatura como los ácidos.
Como son las cubetas de acero recubiertas de. Goma o PVC de alta calidad.
La Corriente Eléctrica Es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito
eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de
suministro de fuerza electromotriz (FEM).
Existen dos tipos de corriente eléctrica: La corriente alterna y la corriente continua o directa.
“En el proceso de electrólisis, los ánodos (anodizado) o cátodos (depósito electrolítico) se
suspenden de barras exteriores, las cuales van conectadas a sistemas que conducen la
corriente eléctrica proveniente del rectificador o generador.” (Comisión Nacional Del Medio
Ambiente - Región Metropilitana., 2000, pág. 14)
Transformador. Según (Grupo Cultural, 2008): “ En términos elementales, un
transformador consiste en dos bobinados acoplados inductivamente” (p. 214). El producto de
intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un
transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por
la correspondiente disminución de corriente.
26
Figura 8 Esquema de un transformador.
https://images.duckduckgo.com/iu/?u=http%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikipedia%2Fcommons%2
Fe%2Fe6%2FTransformador.png&f=1
Materiales.
Son elementos que se usan para realizar los recubrimientos electrolíticos. Ëstos pueden ser
reemplados o sustituidos según convenga.
-Alambre recubierto
-Dos soportes universales
-Cinta aislante
Otros.
COBREADO
El Cobre. “El cobre es un elemento metálico de color rojo pardo, brillante, maleable y dúctil;
más pesado que el níquel y más duro que el oro y la plata; símbolo químico, Cu; punto de
fusión 1 083º C; densidad 8,94; muy buen conductor de la electricidad y el calor; posee gran
resistencia a la corrosión atmosférica”. (Lima, 2013, pág. 1)
27
Figura 9 Celda electrolítica para refinación de cobre. (Brown, LeMay, Bursten, & Burdge, 2004, pág. 929)
Dos son los tipos de solución que se utilizan en gran escala, esto es, las soluciones alcalinas y
las soluciones ácidas.
El cobre ácido. Se efectúa a partir de una solución que contiene fundamentalmente 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 con una
agitación neumática adecuada.
La presencia del ácido sulfúrico es esencial, pues evita la formación de precipitados de sales
básicas de cobre como también aumenta la ionización y por consiguiente aumenta la
conductibilidad de la solución, reduce la posibilidad de que los electrodos se polaricen
además ahorra el consumo de energía. Reduciendo la concentración de iones cobre de la
solución, el ácido tiene también el efecto de producir depósitos lisos.
Comúnmente, se utilizan densidades de corriente de 2 a 6,5 amperios por dm2, o su
equivalente de 3,5 a 4 voltios. Las soluciones de cobre trabajan usualmente a temperatura
ambiente, aunque a veces se utilizan temperaturas hasta de 40 °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 o PVC de alta calidad son propuestas. 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
28
metálicas con recubrimiento defectuoso, etc.). En ambos casos, las características del
depósito se ven alteradas.
El baño de cobre alcalino. El baño 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 necesaria. 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.Los ánodos es aconsejable utilizarlos con
fundas de nylon, son de cobre no fosforico.
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 o en su defecto de 2 a 2,5 voltios. 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 incorporando tecnología de resinas de intercambio iónico Cuando el color del
ánodo es chocolate oscuro, el baño está correctamente balanceado.
Se deposita el cobre monovalente, 1 Amp-hora fija sobre una superficie de 1 dm2 una
película de aproximadamente 0,02 mm de espesor.
Figura 10 Sulfato de cobre (Autoria propia)
29
Ver anexo 2
CROMADO
Cromo. Elemento químico de número atómico 24. Metal escaso en la corteza terrestre, se
encuentra generalmente en forma de óxido. De color blanco plateado, brillante, duro y
quebradizo, es muy resistente a la corrosión, por lo que se emplea como protector de otros
metales. Sus sales, de variados colores, se usan como mordientes. (Símb. Cr).
Este elemento 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 abundante en la corteza terrestre. Su masa atómica es 51,996; su
punto de fusión es de 1 857 °C, y su punto de ebullición de 2 672 °C y su densidad 7,2 g/cm3.
El cromo puede reemplazar en parte al aluminio o al hierro en muchos minerales a los que da
sus exclusivos colores. Muchas de las gemas preciosas deben su color a la presencia de
compuestos de cromo. Los minerales aptos para su posterior manipulación son poco
comunes; la cromita (FeCr2O4) es el más importante.
En las sales crómicas y en la cromita, el cromo tiene una valencia de +3. La mayoría de estos
compuestos son de color verde, pero algunos son de color rojo o azul. El óxido de cromo (III)
(Cr2O3) es un sólido verde. En cromatos y dicromatos, el cromo tiene una valencia de +6. El
dicromato de potasio (K2Cr2O7) es un sólido rojo, soluble en agua; el cromato de plomo
(PbCrO4) es un sólido insoluble, muy usado como pigmento, llamado amarillo de cromo. El
verde cromo es una mezcla de amarillo de cromo y azul prusia.
30
Figura 11 Cromo puro.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/Chromium_crystals_and_1cm3_cube.jpg/330px-
Chromium_crystals_and_1cm3_cube.jpg
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.
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, cojinetes cigüeñales
ejes de pistones hidráulicos y en general en lugares donde se requiera bastante precisión.
El color del cromo es mas azulado y reflectante que el níquel y es mucho más resistente a la
corrosión ya que inmediatamente se forma una fina e imperceptible capa de oxido que
protege al metal. El cromo se aplica bien sobre el cobre el níquel y el acero, pero no sobre el
zinc o la fundición.
Preparacion. En un poco de agua caliente a 50° C se disuelve el Cromo y cuando está
disuelto, se agrega el resto del agua.
El cromado siempre se realiza sobre el niquelado para obtener resultados perfectos.
De acuerdo a (Shop Cursos, 2015):
31
El ácido crómico se descompone por la corriente eléctrica en cromo metálico
que se deposita en el cátodo y oxígeno que se desprende en el ánodo. El ácido crómico (en
realidad es un anhídrido soluble en agua) contiene aproximadamente un 50% en cromo
metálico, esto significa que para que un litro de baño pierda solo un 10 % de
concentración tienen que haberse depositado 15 gramos de cromo. Lo cual equivale a
recubrir una superficie de aproximadamente dos metros cuadrado con una capa de cromo
de 1 micras, mas que suficiente para efectos decorativos. (p.35.)
Ánodos. Los ánodos se fabrican en plomo o mejor en una aleación de plomo-estaño o
antimonio. Deben estar separados entre 2 y 3 cm. Cuando trabajan bien debe tener un color
grisáceo de oxido de plomo. Si el ánodo tiene un color amarillento es que se ha formado una
capa de cromato de plomo debido a que hay poca densidad de corriente. Conviene sacar los
ánodos del electrolito cuando no este en operación.
Corriente. Para la electrólisis del cromo es conveniente emplear corriente continua filtrada.
Voltaje. Esta determinado por la configuración de la cuba y los electrodos. Lo que hay que
controlar es la intensidad. De cualquier manera el voltaje suele estar por debajo de los 7
voltios. Sólo el 15 por ciento de la energía eléctrica se emplea en depositar el cromo, pues el
85 por ciento restante se invierte en la producción de hidrógeno, que se forma abundante
alrededor del objeto, para luego desprenderse en forma de burbujas. Cuanto más alta es la
temperatura, tanto mayor es el desprendimiento, de hidrógeno.
Figura 12 Sulfato de cobre (Autoria propia)
32
Ver anexo 3.
NIQUELADO
Níquel. Símbolo Ni, es un elemento metálico magnético, de aspecto blanco plateado,
utilizado principalmente en aleaciones. El número atómico es 28.
Durante miles de años el níquel se ha utilizado en la acuñación de monedas en aleaciones de
níquel y cobre, pero no fue reconocido como sustancia elemental hasta el año 1 751, cuando
el químico sueco Axel Frederic Cronstedt consiguió aislar el metal de una mena de niquelita.
Es un metal duro, dúctil y maleable, que consigue mostrar brillo metálico característico. Goza
de propiedades magnéticas por debajo de 345 °C. Aparece bajo cinco formas isotópicas
diferentes. El níquel metálico no es muy activo químicamente. No reacciona con los álcalis.
Su punto de fusión es de 1 455 °C, el de ebullición de 2 730 °C, con una densidad de
8,9 g/cm3. Su masa atómica es 58,69.
Las aplicaciones en ingeniería, utilizan electrolitos que depositan níquel puro, y las
características habitualmente necesarias para este tipo de aplicaciones son:
- Alta resistencia a la corrosión.
- Resistencia a la abrasión.
- Soldabilidad.
- 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 el 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.
33
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.
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.
Ver anexo 5
Proceso de níquel mate. Este baño sirve para dar capas gruesas de níquel sobre hierro,
cobre, latón y otros metales, se obtiene gruesas capas de níquel en tiempo razonable
Proceso de niquelado 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 electro-depositada.
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, el
hidrocianoetileno y el butinediol.
34
La combinación de las dos clases de aditivos orgánicos descriptos hace posible la obtención
de depósitos brillantes 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 primera clase como
compuestos abrillantadores metálicos.
Condiciones a considerar para el proceso de niquelado.
- Los ánodos pueden ser placas de Níquel puro, pueden ser tipo barras o monedas, colocados
hacia ambos lados del objeto.
- Los ganchos, si son de cobre, no deben contactarse con el baño de Níquel.
- Cuando el depósito resulta empañado, puede deberse a exceso de la corriente eléctrica y se
presenta granulado, transparente y débil es por falta de corriente eléctrica, o una mala
agitación.
- Durante el baño se debe mover lenta y constantemente hasta terminar con el depósito.
- El baño de Níquel no se adhiere fácilmente sobre el mismo níquel, por lo que es
conveniente primero des-niquelar antes de recubrirlo nuevamente.
- Cuando baja el grado de concentración, se repone 4gr/lt tanto de sulfato como de cloruro
este debe diluirse en agua destilada caliente (60 C).
- Es muy útil contar con porta ánodos de titanio, esto da mayor versatilidad al uso de
monedas o barras y permite utilizar el material al máximo.
- Los ánodos deben ser recubiertas por telas resistentes que impidan el paso del polvo
metálico que se forma por la corrosión anódica hacia la solución.
- Se debe trabajar con cátodos móviles es decir con sistemas de movimiento catódico suave
que permita un depósito uniforme y lizo.
- En la actualidad se trabaja con recirculación del baño mediante eyectores
- El control del pH, temperatura, y concentración es indispensable en este proceso.
35
- La filtración mediante sistemas de bomba filtro al final del turno de trabajo mejora las
condiciones del proceso, disminuye la formación de lodos y permite disminuir
mantenimientos rigurosos a una vez al año.
- Los principales contaminantes del baño de Níquel son por lo general, el Hierro, Cobre y los
compuestos orgánicos resultado de la degradación de los nivelantes y abrillantadores y otros
aditivos. Estos son retenidos mediante un mantenimiento con sistemas filtro y carbón activo.
- Según o característica de recubrimiento de níquel que se desee, es decir, blando, duro,
brillante o mate el baño deber ser reformulado manteniendo la constitución básica de tal
forma que permite la versatilidad del proceso.
Figura 13 Sulfato de niquel (Autoria propia)
Mantenimiento De Las Soluciones Del Proceso 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.
Ver anexo 3 y 5.
36
DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
Amperaje: Cantidad de electrones que fluyen por unidad de tiempo atravez de un conductor
la cual se expresa en amperios en amperios.
Bobinado: Conjunto de bobinas que forman parte de un circuito eléctrico.
Bornes: Cada uno de los terminales metálicos de ciertas máquinas y aparatos eléctricos,
destinados a la conexión de hilos conductores.
Control: Regulación, manual o automática, sobre un sistema.
Cubeta: Recipiente resistente a sales y ácidos usado para el recubrimiento electrolítico.
Electrolítico: Proceso químico en el cual se pretende recubrir a metal con otro de mejores
características.
Frecuencia: Número de veces que se repite un proceso periódico por unidad de tiempo.
Metal: Cierto tipo de material que posee propiedades físicas y químicas que le dan
características propias en su estructura.
Probeta: Equipo utilizado para el ensayo en materiales distintos.
Prueba: Proceso en el cual se ensaya con materiales, ácidos, óxidos, y otros para verificar
conjeturas.
Rectificador: Aparato que transforma una corriente alterna en corriente continua.
Recubrimiento: Depositar un metal sobre la superficie de otro con el fin de protegerlo de
los agentes ambientales.
Regulación: Acción y efecto de regular.
Velocidad: Magnitud física que expresa el espacio recorrido por un móvil en la unidad de
tiempo, y cuya unidad en el sistema internacional es el metro por segundo (m/s).
Voltaje: Cantidad de voltios que actúan en un aparato o sistema eléctrico.
37
CAPÍTULO III
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
CONCLUSIONES.
Se describió los fundamentos teóricos para el proceso de recubrimientos metálicos de: cobre,
cromo y níquel en piezas ferrosas mediante el proceso de recubrimiento electrolítico; tales
como: pulimiento y abrillantado mecánico, desengrase, preparación y acondicionamiento de
las piezas, medición y aplicación de corriente eléctrica, recubrimiento galvanico, limpieza
final y comprobación.
Se identificó las propiedades físico-químicas del cobre, cromo y níquel; por ejemplo los
metales antes mencionados tienen brillo metalico característico, son dúctiles es decir que
pueden cambiar de forma estirandose en largas y delgadas estruccturas sin romperse, son
maleables propiedad que les permite alargarse y moldearse en diferentes formas bajo presión,
son buenos conductores de electricidad y temperatura. La dureza de estos metales de acuerdo
a la escala de Mohs esta entre dos y cuatro.
Se detalló los elementos como: cubetas, transformador, alambres recubiertos, soportes
universales, cinta aislante que se requieren en el proceso de recubrimientos electrolíticos de
cobre, cromo y níquel para la obtención de un buen recubrimiento de piezas ferrosas.
Se definió que es necesario un electrolito de acuerdo al material protector, el objeto a cubrir
actúa como cátodo y el ánodo está constituido por el metal protector, dentro del proceso de
recubrimiento electrolítico para las piezas metálicas, con la finalidad de que sea utilizado
como fuente de información para mejorar las características de materiales ferrosos.
La investigación aportó teóricamente como una forma de mejorar las características de
protección de piezas ferrosas ante los agentes ambientales como la humedad, temperatora,
desgaste principalmente por climas tropicales.
Se propuso un proceso adecuado de cobreado, cromado y níquelado, para la obtención de un
buen recubrimiento de piezas ferrosas.
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RECOMENDACIONES.
Revisar las caracteristicas físico-químicas de las piezas metálicas que se desea recubrir según
las necesidades o requerimientos específicos para que mejoren su calidad o comportamiento
en condiciones adversas.
Comprobar las sales de los metales adecuados para realizar los recubrimietos de acuerdo a las
caracteristicas que se deseen obtener.
Tomar en cuenta el área de trabajo, las herramientas y el equipo elemental que debemos
disponer para un adecuado desarrollo del procedimiento .
Disponer los permisos necesarios del CONSEP para la adquicición de los elementos
químicos como: sales de cobre, cromo, níquel así como los ácidos sulfúrico y clorhídrico
que intervienen en este proceso.
Manipular de manera correcta cada uno de los elementos que intervienen en el recubrimiento
electrolítico, con la protección personal adecuada y suficiente ventilación para estos
procedimientos.
Operar con precaución al realizar el electrolito de acuerdo al acabado que se desee obtener,
como también al retirar las piezas recubiertas del mismo.
39
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41
ANEXOS
ANEXO 1. Fórmulas de electrolitos de cobreado ácido al sulfato de cobre.
(Fosfamet, 2012, pág. 110)
42
ANEXO 2 Fórmulas de electrolitos de cobreado cianurado: baños quietos. (Fosfamet, 2012,
pág. 111)
43
ANEXO 3 Fórmulas de electrolitos de niquelado al sulfato y cloruro, baños quietos.
(Fosfamet, 2012, pág. 112)
ANEXO 4 Fórmulas de electrolitos de cromo. (Fosfamet, 2012, pág. 26; 30)
44
ANEXO 5 Fórmulas de electrolitos de niquelado. (Fosfamet, 2012, pág. 31)
ANEXO 6 Lugar de trabajo para recubrimiento electrolítico.
(Shop Cursos, 2015, pág. 12)
45
ANEXO 7 Objetivos de acuerdo al tipo de Investigación. (Hurtado, 1995. , pág. 1)