Guía mejores técnicas disponibles en España del sector de tratamiento de superfícies metálicas y plásticas. Parte 05

Guía mejores técnicas disponibles en España del sector de tratamiento de superfícies metálicas y plásticas

2.4 Tratamientos de superficie aplicados

2.4.2 Tratamientos químicos

Este tipo de tratamientos se basa en la presencia de metales autocatalíticos que permiten la realización de la reacción. Las ventajas de estos procesos son las siguientes:

• Siempre que se mantenga la agitación suficiente para asegurar el contacto con la totalidad de la superficie a tratar, la deposición es uniforme en toda la superficie por compleja que ésta sea.
• La porosidad del acabado es menor que la conseguida con la deposición electrolítica del mismo metal.
• El diseño de bastidores se simplifica.
• Pueden recubrir superficies no conductoras (como plásticos).
• El recubrimiento aporta propiedades químicas o físicas especiales puesto que es una aleación del metal y del compuesto formado con el agente reductor.
• Los tratamientos químicos autocatalíticos normalmente generan más residuos que el resto de técnicas de recubrimiento, pero la eficiencia puede variar significativamente según las instalaciones.

  A continuación se describen los principales tratamientos químicos efectuados por el
  sector:

• Niquelado
• Cobreado
• Fosfatado
• Pavonado
• Lacado.

2.4.2.1 Niquelado

Se utiliza en la fabricación de soportes de almacenamiento de datos, componentes para la industria química y petroquímica etc.
Las soluciones de níquel químico están compuestas por:

Las características son las siguientes:

• Uniformidad en el grosor de la capa depositada independientemente del
  tamaño y forma de las piezas a recubrir.
• Permite un elevado control del grosor de recubrimiento.
• Dureza del acabado de rango 350-750 Knoop.
• Gran resistencia frente al desgaste y la abrasión.
• Elevada resistencia a la corrosión.
• Buena adherencia
• Propiedades específicas como facilidad en soldadura, lubricidad y propiedades
  magnéticas.

Aspectos Ambientales

2.4.2.1.1 Níquel autocatalítico en plásticos

Estas soluciones se utilizan para generar una primera capa metálica conductora en material plástico, previo al tratamiento electrolítico.
Las soluciones contienen:

El uso de compuestos quelantes es opcional y su concentración variable. Se utilizan soluciones tanto en medio ácido (ácido sulfúrico a pH 3-6) como en medio alcalino (hidróxido sódico o hidróxido de amonio a pH 8-10).

Aspectos Ambientales

2.4.2.2 Cobreado

El cobreado autocatalítico es el proceso clave en la fabricación de circuitos impresos así como en la metalización de plástico. Las principales características del recubrimiento son la uniformidad de las capas y la ductilidad con bajo estrés interno.
La solución contiene:

Aspectos Ambientales

2.4.2.3 Pavonado

El pavonado consiste, en esencia, en la oxidación de la superficie controlando el proceso de tal modo que se forme óxido férrico que, dada su compacidad, protege el hierro.
Esta oxidación se consigue químicamente y la composición del baño y las condiciones son las siguientes:

Aspectos Ambientales

2.4.2.4 Fosfatado

La fosfatación es un pre-tratamiento que consiste en la formación de capas de fosfatos metálicos, amorfos o cristalinos, sobre las superficies de los metales, con el fín principal de conseguir dos objetivos:

1. Buena protección anticorrosiva y
2. Buena base de anclaje para los tratamientos posteriores (p. ej. pintura).

Principalmente el proceso de fosfatación se utiliza para el pre-tratamiento del hierro, el zinc y el aluminio. El fosfatado de las piezas puede llevarse a cabo por aspersión o por inmersión (spray), dependiendo del número, tamaño y forma de las piezas a pre-tratar.

Para conseguir una protección adicional contra la corrosión se utiliza habitualmente un pasivado químico basado en componentes de Cr(VI) y/o Cr(III), así como Zr(IV). El enjuague final de las piezas debe ser realizado con agua desmineralizada de calidad.

A continuación se describen los procesos de fosfatado más utilizados:

Fosfatado al hierro (amorfo)

Consiste en la deposición sobre las superficies metálicas de un recubrimiento amorfo, cuyo constituyente principal es fosfato de hierro, el cual protegerá al metal de base contra la corrosión y permitirá un buén anclaje de los recubrimientos posteriores.

Las condiciones oxidantes necesarias para la formación de la capa fosfática son proporcionadas ya sea por acelerantes inorgánicos u orgánicos, así como por el propio oxígeno atmosférico.

La fosfatación amorfa es el proceso adecuado cuando las consideraciones de coste son superiores a las de protección anticorrosiva (p. ej. muebles metálicos).

En general, las condiciones de trabajo de los baños son las siguientes:

Fosfatado al cinc (cristalino)

Consiste en la deposición sobre las superficies metálicas de un recubrimiento cristalino, cuyo constituyente principal es fosfato de zinc, el cual protegerá al metal de base contra la corrosión y permitirá un buén anclaje de los recubrimientos posteriores.

Constituyentes principales y funciones de un baño de fosfatación cristalina:

En general, las condiciones de trabajo de los baños son las siguientes:

Aspectos Ambientales

2.4.3 Otros tratamientos

2.4.3.1 Pasivado

Los pasivados se utilizan para aumentar la resistencia a la corrosión de la superficie recubierta con otro metal o tratamiento, siendo los más habituales los descritos a contiunación. Pasivado crómico.
Existen diferentes tipos de baños de pasivado crómico en función de su composición, temperatura y pH. Los más frecuentes son los amarillos y los azules, teniendo menorrelevancia los verdes y negros.

Es de especial interés para las piezas cincadas, puesto que aunque el material base esta óptimamente protegido, el recubrimiento de cinc se oxida progresivamente al ser un metal poco noble. La utilización de pasivados crómicos o de otro tipo tiene lugar para piezas latonadas o niqueladas en bombo, puesto que en estas últimas, el revestimiento de bajo espesor suele ser poroso y poco resistente a la corrosión.

La mayoría de los pasivados crómicos (amarillo, verde y negro) trabajan en base ácido crómico. El pasivado azul está formulado con cromo trivalente.

Las composiciones de los diferentes pasivados son las siguientes:

Pasivado azul

Pasivado verde

Pasivado amarillo

Pasivado negro

Aspectos ambientales

2.4.3.2 Sellado

El proceso de sellado con silicatos y otras sustancias orgánicas en base acuosa se está aplicando para mejorar las propiedades anticorrosivas del pasivado crómico.

Algunos baños pueden contener también níquel.

En ambos casos las condiciones de trabajo son:

Aspectos Ambientales

2.4.3.2 Sellado

El proceso de sellado con silicatos y otras sustancias orgánicas en base acuosa se está aplicando para mejorar las propiedades anticorrosivas del pasivado crómico.

Algunos baños pueden contener también níquel.

En ambos casos las condiciones de trabajo son:

Aspectos Ambientales

2.4.3.3 Lacado electrolítico

El lacado se aplica para proteger y realzar acabados decorativos.
Las operaciones de lacado electrolítico en base acuosa de piezas metalizadas tienen una presencia creciente en el mercado sobre todo como protección anticorrosiva de acabados decorativos de gran valor añadido (plata, latón, oro) o como sustituto de revestimientos electrolíticos de alto coste o de gran dificultad técnica (oro, bronce).

Los baños de lacado exigen un alto grado de mantenimiento siendo necesaria al menos una ultrafiltración del baño para evitar la acumulación de ácidos orgánicos e impurezas metálicas.

Su composición y condicione de trabajo son las siguientes:

Aspectos Ambientales

2.4.4 Lavado

La operación de lavado es fundamental en los procesos de recubrimiento galvánico para evitar la contaminación cruzada entre baños de proceso y deterner la acción del electrolito sobre la superficie tratada. El caudal de agua necesario para efectuar correctamente el lavado de las superficies tratadas es un parámetro que, normalmente, determina las dimensiones de los sistemas de gestión y los tratamientos posteriores de las aguas residuales generadas. Este caudal depende de muchos factores y, en función del diseño de la planta galvánica, puede ser muy superior al mínimo necesario, siendo este hecho muy habitual. Por tanto, es muy importante que el sistema de lavado escogido permita obtener la calidad de lavado necesaria con el mínimo consumo de agua, hecho que, por otro lado también implica una reducción del caudal de las aguas residuales.

El principal factor que influye en los caudales de lavado es el arrastre. Éste, por su lado, puede venir condicionado por la forma y la rugosidad superficial de la pieza, por la viscosidad del proceso, etc.

2.4.5 Secado

Después de haber realizado el tratamiento superficial, las piezas deben secarse de modo rápido y eficaz para evitar la formación de manchas y una posible corrosión de éstas. Los métodos más utilizados son el secado mediante agua o aire caliente.
En los procesos a tambor además del el secado mediante aire caliente también se utiliza la centrifugación, siempre que el proceso lo permita, siendo un tratamiento efectivo y energéticamente eficiente.
Secado mediante agua caliente. El método más simple de secado es mediante la inmersión de las piezas en agua
caliente. Las piezas se sumergen durante unos segundos en el agua y después se retiran y se secan en condiciones atmosféricas.
Este tipo de secado se utiliza normalmente en líneas manuales, por consiguiente en lineas de poca capacidad.

La temperatura del agua debe controlarse, en el secado piezas de plástico está limitada a 60ºC ya que estos componentes podrían deformarse. Las piezas cincadas y las pasivadas tampoco pueden superar los 60ºC para evitar la deshidratación del recubrimiento y la pérdida de protección contra la corrosión de la capa de pasivado. Las piezas cromadas pueden secarse hasta temperaturas de 90ºC.
Habitualmente, se utiliza agua desionizada para evitar la generación de manchas. El inconveniente de este sistema de secado es la perdida de energía, es decir, la baja eficiencia energética.

Aspectos Ambientales

Secado mediante aire caliente

En líneas automáticas o manuales, a bastidor se utiliza más frecuentemente el secado mediante aire caliente. Los bastidores se introducen en una cuba al final de la línea de tratamiento, donde se somete al secado. La cuba tiene las mismas dimensiones que el resto de cubas del proceso, excepto en el caso de plantas maunales donde suele ser mayor. El aire caliente es regularmente recirculado desde la parte superior a la inferior de la cuba y a unas temperaturas de entre 60 y 80ºC. En la parte superior de la cuba hay fugas de aire caliente lo que hace que el proceso sea térmicamente ineficiente.

En grandes instalaciones, el aire normalmente es calentado mediante intercambiadores de calor de vapor o de aceite. Existe también la alternativa del calentamiento directo mediante un quemador de gas, en el cual la llama calienta directamente el aire; esta técnica suele utilizarse en plantas de menor tamaño.

Aspectos Ambientales

2.4.6 Desmetalizado

La operación de desmetalizado va dirigida a eliminar los recubrimientos de piezas rechazadas o de los contactos de los bastidores sin “atacar” el metal base. Los desmetalizados pueden ser electrolíticos (anódicos) o químicos. Los primeros tienen una composición similar a un electrolito. Los segundos suelen contener cianuros y complejantes fuertes que pueden generar problemas en los tratamientos de aguas residuales.

2.4.6.1 Desniquelado

El desniquelado de bastidores puede realizarse de modo mecánico, por vía química, o por vía electrolítica.

Por vía química:

Por vía electrolítica:

2.4.6.2 Descromado

Se realiza por vía electrolítica en medio fuertemente alcalino (hidróxido sódico) con complejantes.

Aspectos Ambientales