ES LARGO EL ARTICULO, PERO ES MUY COMPLETO, Y CREO QUE RESPONDE TU PREGUNTA.
TRATAMIENTO PREVIO ANTES DEL CROMADO: Por su naturaleza fuertemente oxidante, la solución de ácido crómico es capaz de efectuar recubrimientos de superficies metálicas ligeramente engrasadas y no tan escrupulosamente libres de materias extrañas como se requiere al efectuar el recubrimiento con soluciones de otros metales. La considerable cantidad de gas que se libera durante la operación sirve también para eliminar cualquier ligera película que pudiera quedar. En general, los depósitos de níquel pueden ser cromados directamente después de pulimentarlos, sin ningún tratamiento previo de limpieza, con tal que no transcurra un tiempo excesivo entre el acabado y el recubrimiento electrolítico.
La limpieza electrolítica, seguida de una inmersión en ácido sulfúrico diluido antes del cromado, no es muy utilizada, pero puede ser práctica en ciertos casos excepto para aplicarla a la producción en gran escala. Tal sistema de limpieza puede hacer mucho para reducir al mínimo el perjuicio ocasionado por los defectos de cromado debidos a la contaminación de la superficie por grasa o por la composición de pulir, o consecuentes a la ligera oxidación de la superficie.
Si se utiliza este sistema, son necesarios dispositivos muy eficientes para el enjuague, a causa de la extrema sensibilidad de la solución al radical sulfato; en aquellos casos en que los objetos a recubrir están construidos de tal manera que resulta difícil, por no decir imposible, la eliminación de las trazas de ácido, es mejor evitar los procedimientos de limpieza húmeda de este tipo. En realidad, el problema de la eliminación del ácido suele ser uno de los más difíciles de resolver, incluso con un buen lavado.
ENJUAGUE: Después del cromado, es corriente dar dos lavados fríos, seguidos de otro en una cuba de neutralización alcalina que contiene una solución diluida de carbonato sódico, y, finalmente, después de un ulterior lavado en una cuba de agua caliente, se procede al secado.
ESPESOR DEL DEPÓSITO: Los depósitos de cromo están sometidos a fuertes tensiones, y a medida que aumenta el espesor, tienden a desarrollarse finas grietas que disminuyen el valor protector del recubrimiento. Con espesores considerables, sin embargo, estas grietas se recubren, y aunque a su vez se forman nuevas grietas, éstas no se extienden después hasta el metal de base.
Una ulterior cuestión en relación con el cromado es que la naturaleza del depósito fuertemente sometido a tensiones impone una prueba severa sobre la adherencia del níquel subyacente. La adherencia de los depósitos que han de ir debajo del cromo debe de ser de un orden muy elevado, o de lo contrario el depósito se levantará durante el cromado.
PROPIEDADES DEL CROMO DEPOSITADO ELECTROLÍTICAMENTE: El cromo así depositado es un metal blanco azulado que tiene elevada resistencia al deslustre o empañamiento. Como era de esperar, su poder reflector en la región azul del espectro es bueno; sobre todo el espectro visible, el poder reflector muestra ser de un 65 %. Los depósitos de cromo brillante tienen una dureza que oscila entre 400 y 1.200 unidades Brinell según las condiciones en que se ha efectuado el depósito. La dureza de todos los tipos de cromo depositado electrolíticamente es mucho mayor que la del metal fundido.
CONTENIDO DE CROMO TRIVALENTE: Si el contenido de trivalencias en la solución alcanza los 12 gr/L, los depósitos serán de una muy mala calidad, incluyendo "quemado" y rugosidad con altas densidades de corriente de trabajo.. En un baño de cromo se forma la temida "trivalencia", que es la transformación del cromo hexavalente del ácido crómico transformado en cromo trivalente. Este proceso, en mayor o menor grado es algo inevitable; es natural consecuencia de que la pieza actúa como cátodo durante el proceso de deposición. La mayor o menor rapidez de la reducción depende de la relación ánodo-cátodo. Cuanto mayor sea la cantidad de ánodos existentes en el baño, más • lento es el proceso de reducción.
La ventaja de que los ánodos mantengan el contenido de cromo trivalente controlado, en el orden de 3 gr/L, será más efectiva si la relación ánodo-cátodo es 1:1 ó 1,5:1 (en cromo duro hasta 2:1), además, manteniendo la superficie de los mismos limpia y activa. Si la relación baja de 1:1, la formación de cromo trivalente se incrementa desmesuradamente.
Con todas estas precauciones, así y todo, no se puede evitar el proceso de deterioro. La solución aparenta tener exceso de ácido sulfúrico en el baño. Periódicamente, hay que adicionarle carbonato de bario, para que desaparezcan los efectos nocivos provocados por este desequilibrio.
El gasto de ácido crómico, manteniendo el baño equilibrado, se reduce hasta la décima parte de lo habitual, ya que no se desperdicia cromo trivalente, sino que se reconvierte.
El ciclo de trabajo para obtener piezas con depósitos de cromo, ya sea decorativo o de espesor (duro), comienza con una preparación mecánica de la pieza (esmerilado, pulido y abrillantado); seguido por un proceso de desengrase preliminar con tricloroetileno, percloroetileno o tetracloruro de carbono. Se realiza luego, un proceso electrolítico de desengrase, un enjuague en agua corriente y un ataque anódico previo al cromado.
Luego del cromado, se lava en agua corriente, se enjuaga con agua caliente y se seca.
BAÑOS AUTORREGULABLES: Baños más modernos utilizan una combinación de componentes, de iones sulfato, fluoruro y silicofluoruro. Estos tipos de baños, poseen la cualidad de autorregularse, ya que los iones mencionados funcionan como agentes catalíticos dentro de la solución.
La autorregulación se obtiene adicionando las sustancias catalizadores como una sal soluble de los iones deseados, donde la constante de solubilidad mantiene el control de la concentración. Esto se puede lograr mediante la utilización de iones sulfato, fluoruro o con una sal compleja de ambos. Para los baños no regulables, el control de la solución debe hacerse mediante análisis químicos periódicos.
Es importante hacer notar que se obtienen depósitos mejores y de mayor cobertura a bajas temperaturas, pero en esas condiciones, se deberá trabajar con menor densidad de corriente para prevenir el "quemado". La velocidad de depósito es proporcionalmente más lenta, debiendo estar el objeto a cromar mayor tiempo en proceso dentro del baño, para la obtención de un espesor equivalente.
DIFERENTES TIPOS DE BAÑOS (DECORATIVOS Y DUROS): Una formulación típica para el cromado decorativo a temperatura ambiente es la de J. Hyner, la cual puede ser aplicada sobre diferentes metales de base. Este baño consta fundamentalmente de anhídrido crómico, fluorosilico de sodio y sulfato de sodio. El tiempo de electrodeposición es de 6 a 10 minutos. Para el cromado decorativo, es suficiente aplicar un espesor de 0,25 µm.
Baños de cromo microfisurado: En los baños de cromo, con el tiempo, se comprobó que resultaba más efectivo obtener una capa porosa o fisurada ("microcracked") de cromo, para que el proceso de corrosión fuera controlado. Partiendo de este concepto, se formularon diversos electrolitos a tal fin.
La norma ASTM B-456-67, exige 40 µm de níquel si se deposita cromo común sobre él, o 30 µm, si se deposita cromo microfisurado. Queda a la vista el mayor poder protector que esta combinación le otorga al material de base.
Los fundamentos teóricos que explican este comportamiento, se basan en los potenciales electroquímicos del cromo y del níquel. Al existir alguna fisura o poro, la corrosión tiende a disolver el níquel, que actúa como ánodo, frente al cromo, que actúa como cátodo. Al generarse esto en un punto determinado de la película depositada, la disolución es muy veloz, dejando rápidamente al desnudo al metal base. Esto ocurre porque la densidad de corriente galvánica que generan los dos metales es muy alta, por ser pequeña la superficie de corrosión.
Si se aplica el mismo razonamiento a una superficie porosa, se generarán mas puntos de corrosión, pero disminuyendo la densidad de corriente galvánica, ya que la superficie que interviene es un gran porcentaje de la pieza. De esta forma, la velocidad de disolución del níquel por efecto de la corrosión es mucho menor.
Existen varias formas de conseguir una película de cromo microfisurado, pero la de uso más común en la actualidad, es la de depositar un baño de níquel semibrillante de base, dar luego un "flash" de níquel con muy alto "stress" superficial, y luego el cromo. Al quedar los tres metales depositados, se generará una gran tensión interna entre la segunda capa (baño de níquel) y la tercera (baño de cromo).
Existen varias formas de obtener un depósito poroso de cromo :
1) Preparar previamente la superficie, otorgándole una rugosidad al material de base mediante la proyección a presión de material abrasivo con forma piramidal..
2) Realizar un proceso de electroerosión antes y después del depósito de cromo.
3) A través de procesos químicos o electroquímicos, después de realizar la electrodeposición.
4) Realizando una combinación de los procesos detallados en los puntos 1 a 3.
El procedimiento más utilizado es el electroquímico.
Baños al Cromo Trivalente: Los baños de cromo basados en formulaciones de cromo trivalente, son más antiguos aún que los baños convencionales actuales de cromo hexavalente. El proceso en sí resulta atractivo, ya que la corriente necesaria para electrodepositar cromo trivalente es la mitad de la necesaria para su par hexavalente. Además, el baño de trivalentes puede llegar a tener mucha mejor eficiencia de corriente. Por otra parte, este baño desde el punto de vista químico, no difiere de uno de níquel o de cobre, por ende, resulta fácil de entender y operar.
Baños de Cromado Negro: Este tipo de electrolito, ha sido muy requerido en los últimos 25 años debido a su aplicación y utilidad en superficies de absorción de energía, específicamente en paneles solares. Debido a su gran resistencia a la temperatura y a su duración, el cromo negro se ve favorecido frente a otras terminaciones.
El cromo negro, con su uso en energía solar, posee una gran absorción α (alfa), y una baja emisividad ε (ιpsilon), lo que significa que recepciona todas las ondas con un reenvío mínimo.
Además de su uso en energía solar, este baño se usa con fines decorativos o en accesorios que necesiten poca reflexión, principalmente para uso en óptica.
Básicamente, un baño de cromo negro, es un baño que no tolera el ion sulfato. Las características generales son similares a las de un baño de cromo convencional.
DESHIDROGENADO: Su función es la de eliminar el hidrógeno incorporado a la pieza, aunque sea parcialmente, durante la electrodeposición, el cual fragiliza la capa de cromo. La mayor o menor cantidad de hidrógeno absorbido, dependerá principalmente de las características de acabado superficial que posea el metal de base. Como regla general, deben ser siempre deshidrogenados los aceros que deben soportar una tracción mayor a 100 Kg/mm2.
El deshidrogenado se realiza a un rango de temperaturas de 100 a 300 °C. Por lo general se decide realizarla a 180 °C, ya que a esta temperatura, se produce una liberación parcial del hidrógeno sin alteraciones notables sobre el cromo.
La forma de realizar el deshidrogenado es sumergiendo las piezas en un baño de aceite, que luego lentamente será calentado desde 80 °C durante 10 a 30 minutos.
PROCESO ELEGIDO
En este punto procederemos a la confección del cromado de piezas metálicas en el que se incluyen todos los tratamientos previos necesarios.
En primer lugar, al recibir la pieza, se le efectúa un lavado general con detergente para retirar suciedades y desengrasarla. Hecho esto, se procede al decapado con H2SO4 95 % al cual se le agregan agentes humectantes (sulfonatos alifáticos) para que el ácido alcance más fácilmente la superficie del metal. Esta operación se realiza a 60 ºC durante diez minutos.
El metal decapado debe someterse luego a tres lavados diferentes. El primero con agua fría a presión durante unos minutos, segundo la pieza se lleva a un depósito de agua corriente y finalmente a otro de agua caliente (70 – 80 ºC). A continuación la pieza debe ser pulida, pero para obtener una mejor calidad en la terminación de la pieza se le realiza un amolado. Para ello se utilizan máquinas con diferentes discos, ya sea, por vía húmeda o vía seca y con abrasivos (esmeril). El pulido se efectúa con maquinarias automáticas, los discos seleccionados dependen de la terminación deseada y pueden ser por ejemplo discos comprimidos, discos de fieltro, recubiertos, etc.
Luego de un lavado con agua corriente para eliminar sólidos desprendidos en los pasos anteriores, la pieza se encuentra lista para entrar en la etapa final de su preparación antes del cobreado y niquelado. Antes de estos procesos es necesario un desengrase a fondo de la pieza, para ello se utiliza un disolvente (hidróxido de sodio del 50 a 100 gr/lt) a 60 ºC.
Para llevar a cabo un buen cromado decorativo es necesario aplicarle a la pieza una capa de cobre y una de níquel, de esta forma se logra una mejor adherencia del Cr y mejor resistencia a la corrosión.
El cobreado se realiza mediante el método UBAC. El espesor buscado es de 25 µm. Antes de ingresar la pieza a la cuba, de acero recubierta de goma, debe ser enjuagada de forma tal que no ingresen impurezas ni restos de hidróxido del paso anterior. Las especificaciones del baño UBAC se describen en la siguiente tabla:
Baño ácido Tipo "UBAC"
Componentes y Condiciones
Concentraciones y Datos
Sulfato de Cobre (CuSO4.5H2O)
200 a 226 gr/L
Acido Sulfúrico 98%
45 a 60 gr/L
Aditivo Rango
"Ubac" Óptimo
2 a 6 cm3/L
3 cm3/L
Iones Cloruro
de 30 a 60 mg/L
Ánodos
De Cobre fosforoso
Fundas Anódicas
De Terylene.
Temperatura de Trabajo
24 a 32°C (óptimo 27°C)
Densidad de Corriente Catódica
3,0 a 7,0 Amp/dm2 (rango)
Densidad de corriente anódica
1 ,5 a 3,0 Amp/dm2 (rango)
Agitación recomendada
Vigorosa, por aire
Filtración necesaria
Todo el volumen por hora
Velocidad de Depósito
(a 4,4 A/dm2)
25 µm de espesor en 28 minutos
Rendimiento Catódico
Cercano al 100 %
Una vez finalizado esto se retira la pieza y se la lava con agua corriente antes de ingresar a la cuba de niquelado.
El proceso seleccionado para el paso siguiente es el de Níquel Duplex-Cromo. Éste consta de dos pasos principales: un baño de Ni semibrillante oxidado y un baño de Ni brillante. En el primer caso la pieza se somete a un baño de tipo Watts con el agregado de abrillantadores metálicos (Zn, Se, Cd). Para realizar la oxidación se utiliza la bipolaridad.
El segundo paso se diferencia del primero en que los abrillantadores son aditivos sulfonados (ácido benzol disulfónico, trisulfónico, ácido naftalen trisulfónico y benceno sulfonado) y niveladores ( formaldehido, cumarina, hidrocianoetileno y butinediol). Entre un baño y otro se debe proceder a un lavado con agua corriente para no contaminar las cubas.
Sumando las dos capas de Ni depositadas el espesor recomendado es de, por lo menos, 40 µm, con esto más el baño de cromado se logra una resistencia a la corrosión mas que aceptable.
El baño tipo Watts requiere las especificaciones citadas en el siguiente cuadro:
Baño de tipo Watts
Componentes y Datos
Rango
Óptimo
Sulfato de Níquel
225 a 375 gr/L
330 gr/L
Cloruro de Níquel
30 a 60 gr/L
45 gr/L
Acido Bórico
30 a 40 gr/L
37 gr/L
PH
1,5 a 4,5
3,0 a 4,0
Temperatura
45 a 65°C
60°C
Densidad de Corriente
2,5-10Amp/dm2
5,0 A/dm2
Luego de un nuevo lavado con agua corriente se debe hacer un decapado para proceder a la deposición de cromo final. Éste se realiza con una solución de ácido sulfúrico al 10%.
El proceso de cromado se realiza en un baño J. Hyner para cromo decorativo. El espesor pretendido es de unos 0,25 µm y se usan ánodos de aleación de Pb con 7% de Sn u 8% de Sb. Las condiciones del baño se describen en la tabla siguiente:
Baño de J. Hyner
Componentes y Condiciones
Cantidades y Datos
Anhídrido Crómico
250 gr/L
Fluosilicato de Sodio
6 gr/L
Sulfato de Sodio
1 gr/L
Temperatura de Trabajo
Desde 18 a 35°C
Voltaje (rango)
De 6 a 12 Voltios
Las características generales de un baño de cromo decorativo son las siguientes:
Cromo decorativo
Condiciones
Típica
Rango
Temperatura
40°C
32 a 50°C
Densidad de Corriente
l5,5 A/dm2
4 a 31 A/dm2
Agitación de la solución
Es conveniente
Voltaje de Trabajo
5 Voltios
3 a 8 Voltios
Relación Ánodo/Cátodo
2:1
1:1 a 3:1
Composición de los Ánodos
Plomo 93% - Estaño 7 %
Una vez cromada, la pieza debe enjuagarse. Para esto se realizan dos lavados en frío, uno en una cuba de neutralización alcalina (con carbonato de sodio) y un lavado en una cuba con agua caliente (70 – 80 ºC) para finalmente realizar el secado.
CALCULOS DE ESTIMACIÓN TEÓRICA DE CONSUMO DE SOLUCIÓN DE COBRE, NÍQUEL, CROMO Y TIEMPO DE DEPOSICIÓN A CORRIENTE CONSTANTE:
1. Para calcular los gramos de Cu, Ni y Cr:
gr. Me = A x e / d ;
donde: gr. Me : gramos del metal que se deposita
A: área de la pieza a cromar en cm2
e: espesor del recubrimiento en cm
d : densidad del depósito en gr/cm3
2. Para calcular el tiempo:
t = gr. Me x F x n / (I x PM) ;
donde: t: tiempo
F: constante de Faraday
n: número de electrones que participan en la reducción.
I: intensidad de corriente en Ampere.
PM: peso molecular en gr/mol.
Ejemplo: para cromar una pieza cilíndrica de 2 cm. de diámetro y 1 cm. de largo se realizan los siguientes cálculos:
Área de la pieza: 2 x p x 1 = 6,3 cm2.
Para el cobreado: e = 0,0025 cm, d Cu = 8,96 gr/cm3, I = 0,3 A, PM = 63,5 gr/mol
gr. Cu = 6,3 x 0,0025 x 8,96 = 0,14 gr.
t = 0,14 x 96500 x 2 / (0,3 x 63,5) = 1426 seg = 23,8 min.
Para el niquelado: e = 0,0045 cm, d Ni = 8,9 gr/cm3, I = 0,3 A, PM = 58,7 gr/mol
gr. Ni = 6,3 x 0,0045 x 8,9 = 0,25 gr.
t = 0,25 x 96500 x 2 / (0,3 x 58,7) = 2765 seg = 46 min.
Para el cromo: e = 0,000025 cm, d Cu = 7,19 gr/cm3, I = 0,09 A, PM = 52 gr/mol
gr. Cr = 6,3 x 0,000025 x 7,19 = 1,13 . 10-3 gr.
t = 1,13 . 10-3 x 96500 x 6 / ( 0,9 x 52) = 14 seg.
Los cálculos antes desarrollados fueron corroborados por el grupo de trabajo en un taller de cromado del barrio Cofico en la ciudad de Córdoba. En dicha visita se tomaron fotografías las cuales se adjuntan en el trabajo. Allí se pueden observar diferentes tipos de electrodos utilizados, moldes para construcción de electrodos, cubas de trabajo, etc.
2007-09-18 06:15:00
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answer #2
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answered by japrantte2004 6
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