Claves para la selección de un buen aplicador de recubrimientos

Artículo cedido por Atotech (www.atotech.com)

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Autores:

Steve Kocka: Director general General Metal Finishing para Norteamérica en Atotech USA LLC

Markus Ahr: Gerente mundial de productos de recubrimientos de protección contra la corrosión en Atotech

 

Seleccionar el aplicador adecuado de recubrimientos electrolíticos puede ser un desafío tan grande como producir la pieza. Estas son las consideraciones clave para garantizar un acabado de calidad y una entrega razonable.

A medida que el mundo industrial continúa evolucionando, la necesidad de recubrimientos de superficies metálicas también cambia. Los desafíos planteados por el propietario final de una pieza determinada, se vuelven más complejos. Se deberán tener en cuenta varios puntos para elegir el aplicador de acabado apropiado

Así como existen diferentes niveles de calidad entre las instalaciones de fabricación de metales y metalurgia, también existen muchos niveles diferentes entre los aplicadores en el mundo del recubrimiento. Elegir el recubridor correcto es un paso importante que a menudo se pasa por alto en la fase final de fabricación. Para conseguir un trabajo bien hecho, hay que tener en cuenta algunos puntos básicos:

  • Logística: La logística puede desempeñar un papel importante. En algunos casos, la ubicación del proveedor de acabados es crítica ya que el transporte influye en el costo final de la pieza acabada. Algunos aplicadores tienen su propia flota de camiones.
  • Orgánico versus inorgánico: Requerir acabados orgánicos (pintura) o acabados inorgánicos puede tener un impacto en la elección del aplicador más adecuado para el trabajo. La selección de un recubridor que cumpla con los requisitos de calidad, así como la especificación del OEM final es un punto importante. El tamaño de las piezas a procesar también puede ser un factor limitante. ¿Cabe la pieza en la cabina de pintura / la cuba / la cuba de cataforesis,.. ? Algunos OEM especifican una química de proceso muy específica, y no todos los aplicadores tendrán esos acabados o químicas. Examine a fondo las capacidades del recubridor antes de comprometerse con el trabajo.
  • Capas: En la actualidad, a menudo una sola capa de recubrimiento no es suficiente para cumplir con los criterios decorativos o de corrosión del usuario final. Aquí es donde las cosas se vuelven más complicadas. Buscar un aplicador que pueda proporcionar acabados tanto orgánicos como inorgánicos es un elemento clave en este ámbito. Como ejemplo, el acabado puede ser un recubrimiento electrolítico de cinc o cinc / níquel, seguido de un pasivado trivalente que cumpla con RoHs, de un acabado inorgánico como cataforesis, pintura en polvo, pintura húmeda, adhesivos (unión de goma) o cinc lamelar .Todas estas posibles combinaciones de recubrimientos ofrecen aspectos y propiedades completamente diferentes a de las que puede ofrecer un recubrimiento de una sola capa. Trabajar con un aplicador cuyo proveedor de productos químicos tenga todos los acabados necesarios evitará que nos señalen como responsables si surgen problemas de recubrimiento.
  • Espesor: La especificación del espesor final del recubrimiento también es un elemento crítico al elegir un aplicador. Para aplicar recubrimientos de cinc lamelar por inmersión / centrifugado, se necesita el equipo apropiado para minimizar acumulaciones en la cabeza o la rosca (para fijaciones) o c. No todos los aplicadores tienen disponibles estos equipos de aplicación.
  • Calidad: ¿Tiene el aplicador un sistema de calidad? Las acreditaciones, como CQI (GM) o DIN EN ISO 9001, IATF 16949, etc. pueden proporcionar el nivel de calidad necesario. No todos los aplicadores tienen implantados sistemas de calidad avanzados.
  • Ensamble de piezas: Si una pieza se va a ensamblar con otra procedente de un origen o proceso diferente, podrían surgir dudas de tipo decorativo, como la «coincidencia de colores», o de tipo funcional como «preocupaciones de corrosión galvánica». Un ejemplo típico en la industria del automóvil es montar estructuras de aluminio usando tornillos de acero recubiertos.
  • Pruebas: El aplicador debería tener acceso a un centro técnico donde poder aplicar y comparar varios tipos de recubrimientos para su evaluación, así como ser capaz de realizar los ensayos de corrosión y coeficiente de fricción requeridos.
  • Equipamiento: ¿tiene el aplicador todo el equipamiento necesario o necesitará incorporar nuevos equipos especiales? Algunos aplicadores hacen sus propios accesorios, con lo que pueden optimizar los tiempos de producción y aportar un valor añadido a la cadena de suministro completando más pasos en un mismo sitio.
  • Proveedor de recubrimientos: En algunos casos, la empresa que suministra la química y materiales para el recubrimiento al aplicador, puede tener importantes recursos a su disposición:
    • Centros técnicos internos con capacidad para procesar piezas de gran tamaño, con lo que poder proporcionar muestras de producción real con variados procesos de recubrimiento.
    • Laboratorios analíticos y metalúrgicos que pueden examinar las condiciones de la superficie, así como analizar los procesos, ayudando tanto en la definición de un proceso como en la identificación de las causas de los posibles defectos.
    • Múltiples capacidades de recubrimiento, que pueden ofrecer al OEM o Tier la oportunidad de explorar todo tipo de recubrimientos o, en algunos casos, recubrimientos que combinen materiales orgánicos e inorgánicos.
    • Un catálogo de acabados ya probados de revestimientos simples y múltiples, con sus propiedades conocidas, que proporcionarán resultados previos y ayudarán a un diseño más rápido del acabado final.
    • Servicios globales, que permiten “copiar-pegar” los sistemas de acabado deseados que ya están siendo aplicados en otras partes del mundo, obteniendo de esta manera resultados uniformes en la cadena de suministro.
    • Programa de auditorías globales, que garantiza un sistema de calidad estandarizado para la industria del revestimiento, que será bien recibido por Tiers y OEM.
    • Cursos de capacitación personalizados sobre las posibilidades y limitaciones de los sistemas de recubrimiento para que los OEM y los TIER desarrollen la capacidad de distinguir y evaluar los diferentes niveles de calidad

Cuando se afronta el desafío de definir un tipo de recubrimiento, así como una red de aplicadores que satisfaga las necesidades del proceso de producción, involucrar al fabricante de la química de los recubrimientos en el proceso, a menudo puede acortar el ciclo de entrada al mercado.

Evaporación: Solución medioambiental

Imagen manos y agua para Evaporación: Solución medioambiental

En el continuo esfuerzo de Inelca en la minimización del impacto medioambiental de su actividad nuestra empresa ha incorporado un Evaporador de comprensión mecánica para el tratamiento de las aguas residuales procedentes de los procesos de Zinc Níquel (ZnNi).

La incorporación de dicha tecnología de tratamiento de agua tiene como objeto el cubrir varios objetivos:

  • Minimización de consumo de aguas: Mediante la técnica de evaporación por compresión mecánica se consigue reducir el consumo de agua hasta un 97 %.
  • Reducción del impacto medioambiental: Mediante la reutilización de hasta el 97 % del agua tratada en el evaporador se reduce el impacto medioambiental de dicho volumen, acercándose al vertido Cero.
  • Robustez: Los procesos de evaporación otorgan robustez y fiabilidad al proceso de depuración.
  • Calidad del agua: El agua obtenida tras el proceso de evaporación mejora la calidad del agua de red dando mayor estabilidad a los procesos productivos.

Tras un año de funcionamiento, las conclusiones son positivas cumpliéndose todos los objetivos establecidos. A pesar de tratarse de una inversión considerable, los resultados obtenidos la avalan y la justifican.

Situación económica pos pandémica en el sector galvánico

Tras más de un año intentando sortear los graves problemas que ha traído consigo la pandemia y cuando parece que se empiezan a despejar los nubarrones con la inmunización de la población a través de la vacuna, aparecen en el horizonte nuevos obstáculos en el sector industrial que no hacen más que entorpecer la salida de las empresas.

Centrándonos en el sector del automóvil, uno de los principales del sector de la galvanotecnia, en lo que llevamos de año se han dejado de fabricar más de 231.000 vehículos en las fábricas españolas. Entre los principales motivos está la escasez mundial de semiconductores y parece que no se vislumbra hasta 2022 la solución al problema.

A este problema hay que añadir el gran incremento de precio en materias primas como metales, productos químicos y del petróleo, que no sólo grava costes de materiales plásticos, sino también los costes energéticos y logísticos, como en el caso de los fletes marítimos que ha multiplicado por cinco su coste. Los altos precios de la electricidad que estamos viendo y los cambios regulatorios en la factura de la electricidad que ha entrado en vigor este mes de junio, tampoco ayudan a las empresas, perjudicando aún su cuenta de resultados.

Varios han sido los motivos que han producido estas subidas, el aumento de la demanda de materias primas por la recuperación progresiva de los mercados tras la Covid-19, la tendencia de las empresas al sobre estocaje para evitar roturas de stocks, la reactivación de las economías China y de Estados Unidos que han provocado un menor flujo de materiales hacia Europa y la caída de Europa de su capacidad productiva para la fabricación de acero en un 35%.

Por todo ello, la industria española de proveedores de automoción se enfrenta ahora a la crisis derivada de la falta de materias primas y la subida de costes, lo que lastra el camino de recuperación que estaba iniciando.

Se comienza a hablar de una inflación por encima de lo deseado, pero todo el que conoce el sector del automóvil, sabe lo difícil que es plantear al fabricante cualquier incremento de precios derivado del aumento de costes, y más cuando se encuentra al final de la cadena productiva como proveedor de tratamiento, con lo que son éstos quienes están soportando estos incrementos a costa de su rentabilidad poniendo en riesgo la viabilidad de los proyectos.

Electrodeposición

Electrodeposición imagen abeja INELCA

La electrodeposición es la fase del tratamiento electrolítico donde se recubren las piezas con una fina capa (micras) del metal o aleación que deseamos depositar.

Para ello se sumergen las piezas en una solución electrolítica, llamada electrolito, que contiene iones del metal o metales que formará la capa.

Se crea un sistema galvánico en el que tenemos un ánodo, un cátodo (las piezas a recubrir son las que hacen las veces de cátodo), el electrolito, donde están los iones del metal que se va a depositar (Zn, Fe, Ni, …), y una fuente de corriente continua que aporta electrones, mediante los cuales se produce la reacción de reducción de los iones metálicos, para transformarse en metal, sobre la superficie de las piezas a recubrir.

Un esquema simple de este sistema galvánico sería el siguiente:

Electrodeposición esquema INELCA SLU

Los principales factores que influyen en la correcta formación de la capa de recubrimiento son:

  • Estado de la superficie a recubrir.
  • Composición del electrolito.
  • Conductividad del sistema.
  • Densidad de corriente aplicada.
  • Temperatura de trabajo del electrolito.
  • Agitación y filtración del electrolito.

Todos estos parámetros son controlados en INELCA según nuestros planes de control.

Prevención & Innovación

La propagación de la pandemia del Covid-19 nos ha obligado a alterar rápidamente de hábitos. Ahora corresponde a las empresas garantizar el cumplimiento de las normas de conducta que permita una actividad segura. Es por ello que INELCA, sensibilizada con la cultura preventiva y cumpliendo con lo que transmite la Ley de prevención de riesgos laborales, ha incorporado el procedimiento de actuación y Plan de contingencia frente al Covid-19.

Creemos y entendemos que las múltiples medidas y acciones aplicadas para la seguridad de los empleados, no se tratan de medidas temporales sino de un cambio estructural que viene para quedarse durante mucho tiempo. Y es en este nuevo marco donde la innovación puede ayudarnos y en el que hemos optado por instalar soluciones de detección de temperatura y control de accesos para la prevención temprana como medidas de contención. Soluciones con una alta fiabilidad termográfica junto con funcionalidades que aporta la inteligencia artificial proporcionando seguridad, precisión y celeridad. Todo encaminado  a un claro y único objetivo: la seguridad de todos nuestros empleados.

Preparación/Limpieza

Para una correcta aplicación de cualquier tratamiento superficial es esencial el estado de la superficie sobre la cual se debe aplicar.

Debido a que las piezas sobre la que se va a aplicar el recubrimiento provienen de procesos anteriores (estampados, mecanizados, roscados, tratamientos térmicos, etc…), éstas deben ser sometidas a procesos de limpieza previas a la deposición del recubrimiento, de lo contrario nos podemos encontrar con problemas de adherencia o incluso de no recubrimiento. Esto es lo que se denomina la fase de preparación dentro los procesos de recubrimiento.

Dentro de los recubrimientos que aplicamos en INELCA, podemos diferencias dos grandes grupos, electrolíticos (Zn,ZnNi, ZnFe) y no electrolíticos (Zn lamelar), y cada uno de ellos tiene un tipo de preparación diferente:

Electrolíticos:

La fase de preparación de los recubrimientos electrolíticos consta, principalmente, de tres etapas: desengrase químico, desengrase electrolítico y decapado.

i)Desengrase químico: Es una fase alcalina, normalmente a base de sosa, encargada de eliminar los aceites provenientes de la mecanización de las piezas o de los procesos de roscados.

ii)Desengrase electrolítico: Es una fase alcalina, normalmente a base de sosa, en la que al efecto de limpieza del desengrase químico se le suma la acción mecánica debida a la generación de gas sobre la superficie de la pieza. Este gas se genera por reacción química al aplicar corriente eléctrica. Gracias a esta acción mecánica se consigue limpiar restos de aceite ocluidos en los poros de las piezas.

iii)Decapado: Es una fase ácida en la que se eliminan restos metálicos y óxidos presenten en las piezas, tanto los que provienen de la oxidación natural, como los que se puedan producir en los tratamientos térmicos. En esta fase se eliminan también los recubrimientos intermedios para almacenaje que puedan llevas las piezas, como puede ser el pavonado.
Los ácidos más habituales utilizados en esta fase son clorhídrico o sulfúrico, a los que se les añade inhibidores para evitar el sobre ataque de las piezas y minimizar la posible hidrogenación.

Zn lamelar:

Los procesos de lamelar, para evitar los procesos de hidrogenación, tienen una preparación diferente. La más habitual consta de desengrase químico y granallado.

i)Granallado: Proceso de limpieza mecánico que consiste en la proyección, sobre las piezas, de material abrasivo.

Ensayos de corrosión II: Tipos de ensayos más habituales

Imagen para enseyosde corrosión INELCA SLU

En la entrega anterior de esta publicación vimos la definición , finalidad y limitaciones de los ensayos de corrosión, en esta entrega trataremos los tipos de ensayo de corrosión más extendidos y utilizados para ensayar piezas metálicas recubiertas con metales de sacrificio como son el Zn , ZnFe , ZnNi y Zn flakes.

Ensayo CNS:

Las siglas de este ensayo corresponden a Cámara de Niebla Salina, actualmente es quizás el ensayo más extendido para evaluar la calidad de los recubrimientos depositados sobre piezas de acero. Consiste en introducir las piezas a ensayar en una cámara que mediante un nebulizador se llena de niebla formada a partir de una solución de agua destilada con un 5 % de NaCl (sal), con humedad, temperatura y pH de la cámara bajo parámetros normalizados. La permanencia dentro de la CNS dependerá del tipo de recubrimiento a ensayar y de la especificación establecida por parte del usuario final de las piezas. Durante el ensayo que puede ir de 24 h hasta 3000 h o más se evalúa el estado de las muestras cada 24 h, debiéndose valorar tanto la corrosión del recubrimiento (CB: corrosión blanca) la cual aparecerá en primer lugar, como la corrosión del acero (CR: Corrosión Roja).

Ensayos Climáticos:

Como comentamos en la entrega anterior , los ensayos de corrosión no se pueden correlacionar con la vida útil en uso del conjunto pieza-recubrimiento, en aras de acercar la relación tiempo de uso y ensayo hace varios años el sector de automoción empezó a especificar ensayos climáticos sobre piezas tratadas. Para ello cada fabricante definió un ciclo de ensayo único y personalizado a sus necesidades naciendo así otro tipo de ensayo de corrosión: Ensayos Climáticos. Dichos ensayos consisten en ciclos de habitualmente 24 horas (1 ciclo) consistente en someter a las muestras a una secuencia de condiciones climáticas de humedad, CNS y cambios de temperatura bruscos. La permanencia de las muestras en las cámaras climáticas de ensayo dependerá del recubrimiento aplicado, de la especificación del usuario final y del tipo de ensayo definido por cada OEM pudiendo ir de 1 a 30 ciclos o más.

Pruebas Covid-19

La plantilla de Inelca se sometió la semana pasada, en sus instalaciones de Sant Esteve de Sesrovires, a las pruebas para comprobar si están afectados por el Covid-19 y así garantizar la salud de cada uno de ellos. Los resultados han sido satisfactorios lo que permite seguir con la actividad con seguridad.

Además se han adaptado las instalaciones a los protocolos sanitarios exigidos por las autoridades para minimizar el riesgo de contagio y crear un espacio de trabajo seguro. Estos protocolos requieren un esfuerzo por parte de todos pero la actitud general ante esta nueva situación es colaborativa y positiva.

Con todas estas acciones llevadas a cabo se mantiene el nivel y la calidad de la respuesta para dar servicio a nuestros clientes demandantes de tratamientos de superficies metálicas.

ZnNi e Hidrogenación

Uno de los inconvenientes de los recubrimientos depositados electrolíticamente, es la posibilidad de hidrogenación.

En algunas de las fases del proceso de aplicación del recubrimiento, como puede ser el decapado o la propia fase de deposición, se produce, como reacción auxiliar, la formación de hidrógeno sobre la superficie metálica a recubrir.

Este hidrógeno, en forma monoatómica, puede difundir dentro de la estructura del metal produciendo fragilidad en la misma.
Este hidrógeno monoatómico difundido en la estructura del metal a recubrir, hay que extraerlo, mediante tratamientos térmicos, antes de que pase a hidrógeno diatómico, momento en el que ya no es posible su extracción por los métodos de deshidrogenación convencionales.

El Zinc-níquel, debido a las propiedades de la capa depositada y a las características de deposición de esa capa, presenta mucha menos tendencia a la hidrogenación que los demás recubrimientos de Zn y otras aleaciones.

i) Propiedades de la capa depositada:
La capa depositada de zinc es poco porosa impidiendo que el hidrógeno, que haya podido difundir en la estructura del metal a recubrir, sea expulsado si no es mediante tratamientos térmicos. Por el contrario, la capa de zinc-níquel es mucho más porosa y permite que el posible hidrógeno difundido pueda ir evacuándose antes de pasar a forma diatómica.

ii) Características de la deposición:
En los primeros momentos de la fase de deposición del recubrimiento de zinc-níquel, se genera una pequeña capa de níquel sobre la superficie del metal a recubrir. Este níquel actúa de catalizador en la reacción de paso de hidrógeno monoatómico a diatómico, con lo que, de esta forma, no difunde dentro de la estructura del metal base.

Ventajas del ZnNi

De entre todos los recubrimientos superficiales de zinc y sus aleaciones, el zinc-níquel presenta una serie de ventajas que lo hace ser el líder:

i) Mayor resistencia a la corrosión: La presencia de un 12 al 16% de Ni en su estructura, permite que adquiera la fase gamma, lo que le confiere una mayor resistencia a la corrosión en niebla salina y en ciclos climáticos frente a otros recibimientos de Zn.

ii) Alta resistencia al desgaste: La dureza de los recubrimientos impide que se dañen en el propio proceso de recubrimiento, así como en manipulaciones posteriores como pueden ser empaquetados, selecciones, trasportes, montajes, etc.

Dureza de capa de varios recubrimientos:

Zn: 100 HV
ZnFe: 150-200 HV
ZnNi: 500-550 HV

iii) Formación reducida de corrosión blanca: La corrosión blanca en el recubrimiento de ZnNi aparece de forma mucho menos voluminosa que en otros recubrimientos de Zn.

Imagen corosión recubrimientos niquel

iv) Buena estabilidad a altas temperaturas: El depósito de ZnNi es muy estable a la temperatura incluso conservando sus propiedades a temperatura de trabajo hasta 200 ºC.

v) Baja fragilización por Hidrógeno: Tanto por las características de la capa del depósito formado, como por las del proceso de deposición, el ZnNi presenta baja fragilización por Hidrógeno, tal y como ya se indica en normas como ISO 4042.

vi) Baja corrosión por contacto con Aluminio: Debido a la diferencia de potenciales de oxidación del Zn y del ZnNi, este último tiene mucha menor corrosión galvánica por contacto con Al, lo que lo hace un recubrimiento ampliamente utilizado tanto en la industria del automóvil como en otros sectores.