Galvanizado

El galvanizado se refiere a la electrodeposición de zinc metálico sobre la superficie de diferentes componentes para mejorar sus propiedades físicas y mecánicas. El propósito de este recubrimiento es crear una barrera entre la superficie del sustrato y los factores ambientales que causan corrosión y daños, como el oxígeno y la humedad. El galvanizado no solo es confiable, sino también económicamente ventajoso, lo que lo convierte en una opción predilecta para los fabricantes.

Historia del galvanizado

La galvanoplastia de zinc comenzó en 1827, cuando el Dr. John W. Revere detalló las propiedades protectoras del recubrimiento de zinc. Sin embargo, en aquel entonces, el proceso era lento y presentaba numerosas limitaciones, como la falta de uniformidad del recubrimiento. Para 1916, se desarrollaron los baños alcalinos de cianuro de zinc, lo que mejoró significativamente la calidad y la velocidad del recubrimiento. El galvanizado moderno utiliza ahora potentes sistemas de corriente continua (CC) capaces de depositar grandes cantidades de zinc rápidamente.

¿Cómo funciona el galvanizado?

El galvanizado protege el metal base de dos maneras principales:

Protección galvánica

El zinc es más reactivo que el acero o el hierro. Cuando el componente se expone a ambientes corrosivos, el zinc se corroe preferentemente al metal base. Incluso si el recubrimiento se raya o se daña, el zinc se sacrifica.

Barrera física

La capa de zinc actúa como un escudo físico que aísla el metal subyacente de la humedad, el oxígeno y otros elementos corrosivos. Este escudo previene la exposición del acero a ambientes hostiles, previniendo así la corrosión.

Proceso de enchapado en zinc

Limpieza y preparación de superficies:

Este paso es crucial para garantizar que el recubrimiento de zinc se adhiera sin defectos.

Limpiadores alcalinos: Sosa cáustica o potasa cáustica.

Chorro de arena: El chorro de arena se realiza según los estándares específicos de preparación de superficies SSPC.

Activación de superficie: Para una correcta deposición de zinc, la activación superficial se realiza mediante decapado ácido. En este proceso, las piezas suelen sumergirse brevemente en una solución activadora, como HCl ácido diluido o H₂SO₄.

Deposición de zinc

La deposición de zinc se realiza mediante un proceso de galvanoplastia, en el que los sustratos se sumergen en un baño electrolítico que contiene zinc y se aplica una corriente eléctrica. En el ánodo, el zinc se oxida, liberando iones Zn²⁺ en la solución.

Zn (s) → Zn²⁺ (ac) + 2e⁻

En el cátodo se produce una reacción de reducción donde el zinc se solidifica tomando electrones:

Zn²⁺ (ac) + 2e⁻ → Zn (s)

El proceso continúa hasta que se produce una fina capa de zinc sobre el sustrato.

El enchapado típico se realiza en:

• Voltajes bajos que van desde 2 a 6 V
• Ánodos de zinc de alta pureza
• Densidad de corriente controlada de aproximadamente 30.5 mA.
• pH: Para baños ácidos (4.8 y 5.5) mientras que para baños alcalinos de cianuro (11-13)

Aquí, los ánodos de zinc se alojan en cestas con bolsas para evitar la contaminación. Los métodos de recubrimiento incluyen

• Recubrimiento en barril para artículos pequeños a granel, recubrimiento en bastidor para piezas más grandes o frágiles
• Recubrimiento en tira continua para bobinas y alambres.

Postoperatorio

Una vez realizado el enchapado, para garantizar la longevidad y la eficacia del enchapado de zinc, se aplican algunos tratamientos posteriores:

pasivación: En este paso, se utiliza un recubrimiento de conversión de cromato. El cromato mejora la resistencia del zinc a la corrosión.

Curación: El secado del recubrimiento se realiza en el horno o con ayuda de aire caliente controlado.

Tipos de galvanizado y sus usos

Recubrimiento de zinc amarillo

Tiene una apariencia que va del amarillo brillante al dorado iridiscente, resultado de un recubrimiento por conversión de cromato amarillo. Este recubrimiento se aplica a componentes automotrices para evitar que se recubran en ambientes húmedos y agresivos.

Revestimiento de zinc transparente/azul

Este recubrimiento se obtiene pasivando el recubrimiento de zinc con un cromato azul/transparente. Como resultado, adquiere un aspecto plateado. Gracias a su resistencia a la corrosión, se aplica en electrónica, hardware automotriz ligero y fijaciones de uso general. Presenta un menor nivel de protección contra la corrosión, pero es más ecológico.

Recubrimiento de zinc negro

El zincado negro suele tener un acabado negro mate o satinado debido al recubrimiento de cromato negro sobre el zinc. Presenta una resistencia a la corrosión de media a alta y se utiliza para recubrir herrajes de construcción y piezas de automóviles.

Zincado ácido

Este proceso utiliza un electrolito ácido a base de cloruro, que generalmente contiene cloruro de zinc y cloruro de amonio. El zincado ácido proporciona un acabado brillante y liso, además de una rápida velocidad de recubrimiento. Todo esto lo hace ideal para piezas de automóviles, pernos y componentes decorativos. Sin embargo, su menor poder de penetración lo hace menos adecuado para geometrías complejas.

Recubrimiento de zinc alcalino sin cianuro

Utiliza un electrolito alcalino sin cianuro, compuesto de óxido de zinc e hidróxido de sodio. Este recubrimiento ofrece una excelente capacidad de penetración y un recubrimiento uniforme. Aunque el acabado es más opaco, ofrece una gran resistencia a la corrosión y es más ecológico. Se utiliza para el recubrimiento de piezas industriales, sujetadores y componentes con formas complejas.

Recubrimiento de níquel y zinc

Su recubrimiento contiene entre un 10 % y un 15 % de níquel, y el resto de zinc. Presenta una resistencia superior a la corrosión y al desgaste; por ello, se utiliza en componentes sometidos a condiciones extremas y altas temperaturas, como componentes de frenos y sistemas de combustible en la industria automotriz y aeroespacial.

Resistencia a la corrosión: Superior; hasta 10 veces mayor que el zinc estándar.

Recubrimiento de hierro y zinc

El recubrimiento de zinc-hierro es un recubrimiento de aleación que generalmente contiene entre un 0.3 % y un 0.8 % de hierro en la matriz de zinc. La presencia de hierro aumenta la resistencia mecánica del recubrimiento. Se aplica comúnmente a fijaciones, herramientas industriales y componentes que se benefician de acabados de pasivación negra. Muestra

Buena ductilidad y soldabilidad.

Recubrimiento de zinc y cobalto

El recubrimiento de zinc-cobalto incorpora aproximadamente entre un 0.8 % y un 1.0 % de cobalto en la capa de zinc. Esta adición mejora significativamente la resistencia a la corrosión y da como resultado un acabado brillante. Se utiliza ampliamente en herrajes decorativos que requieren una combinación de atractivo superficial y protección a largo plazo contra la oxidación y el desgaste. El recubrimiento de zinc-cobalto proporciona buena lubricidad, ductilidad, soldabilidad y propiedades antiadherentes a la superficie de los componentes. Gracias a su excelente protección contra el desgaste y la corrosión, se utiliza en la industria aeroespacial y de defensa.

Solución de revestimiento de zinc

Los baños de zinc se diferencian en velocidad, seguridad, adhesión y calidad de acabado.

Baño de zincado	Composición de electrolitos	CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Cloruro ácido de zinc	ZnCl₂ + NH₄Cl o KCl (pH ~5)	Alta eficiencia, recubrimiento rápido, buena cobertura, adecuado para geometrías complejas.
Zinc alcalino sin cianuro	ZnO + NaOH o KOH (pH ~12–13)	Respetuoso con el medio ambiente, tasa de recubrimiento moderada, espesor uniforme.
Cianuro de zinc	NaCN o KCN + Zn(CN)₂ en NaOH/KOH (pH ~12–13)	Excelente poder de lanzamiento, dúctil, fuerte adhesión.
A base de ácido bórico	Sal de Zn + ácido bórico + agentes tampón (pH ~4.5–6.5)	Recubrimientos muy suaves y uniformes, buenos para piezas intrincadas o de precisión.

¿Qué materiales se pueden zincar?

Acero: Es el material que se galvaniza con mayor frecuencia. El zinc ofrece una fuerte barrera contra la oxidación, lo que permite fabricar componentes de acero. El acero galvanizado es adecuado para aplicaciones automotrices, de construcción e industriales.

Hierro: Como el hierro se oxida fácilmente si entra en contacto con la humedad y el oxígeno, es por eso que se recubre con zinc para evitar que se oxide.

Factores que afectan la galvanoplastia de zinc

Ductilidad y espesor

A medida que aumenta el espesor del recubrimiento, este se vuelve más dúctil; por ejemplo, los recubrimientos delgados de zinc (Fe/Zn 5, Fe/Zn 8) son más dúctiles. Funcionan bien en aplicaciones donde las piezas se someten a flexión, conformado u otras tensiones mecánicas.

Eficiencia del baño:

Un baño bien mantenido garantiza una cobertura uniforme y depósitos de alta calidad. Estos son los factores que influyen en la eficiencia:

Temperatura

Afecta la velocidad de recubrimiento y la uniformidad del depósito. Las temperaturas más altas suelen aumentar la velocidad de recubrimiento, pero también pueden aumentar el riesgo de una mala calidad del depósito.

nivel de pH

Un factor crucial para mantener la estabilidad del baño. Las variaciones de pH pueden provocar un enchapado irregular o una mala adherencia.

Concentración de zinc

Una concentración insuficiente de zinc puede provocar una baja eficiencia del recubrimiento y una resistencia a la corrosión inadecuada.

Potencia de lanzamiento y distribución de depósitos

Los baños de cloruro ácido ofrecen altas tasas de deposición pero tienen un menor poder de penetración, mientras que los baños alcalinos, a pesar de tener velocidades de recubrimiento más lentas, exhiben un poder de penetración superior debido a una mejor distribución de la corriente.

Receptividad del cromato

Una superficie de zinc limpia y de grano fino permite una unión óptima y una interacción química óptima con cromatos trivalentes o hexavalentes. Si la superficie de zinc se contamina, puede reducir significativamente la adhesión del cromato, lo que provoca descamación o la formación de una película irregular.

Ventajas y desventajas del galvanizado

Ventajas del zincado

Excelente resistencia a la corrosión

El zinc actúa como un ánodo de sacrificio, corroyéndose en lugar del metal base, lo que proporciona una fuerte protección contra el óxido.

Rentable para producción a gran escala

El galvanizado es relativamente económico en comparación con otros recubrimientos protectores. El proceso requiere una potencia eléctrica moderada y utiliza materias primas de fácil acceso, lo que lo convierte en una opción rentable.

Compatibilidad con muchos tratamientos posteriores

Los recubrimientos de zinc aceptan fácilmente recubrimientos de conversión de cromato (transparente, amarillo, negro), selladores y capas superiores, que mejoran la resistencia a la corrosión.

Buena adherencia y apariencia

Los recubrimientos de zinc presentan un aspecto metálico uniforme, que los abrillantadores o tratamientos posteriores pueden mejorar aún más.

Desventajas del galvanizado

Toxicidad del cianuro y cuestiones regulatorias

Los baños tradicionales de cianuro de zinc alcalino son altamente tóxicos, lo que genera altos costos en el tratamiento de residuos.

Ductilidad limitada

Ciertas químicas de baños de zinc, en particular los sistemas de cloruro ácido, pueden producir depósitos más duros y menos dúctiles. Esto puede provocar microfisuras o descascarillado si las piezas se someten a conformado o doblado después del recubrimiento.

Menos duradero que otros recubrimientos

Si bien el zinc proporciona una protección básica sólida, tiene una menor resistencia al desgaste y a la corrosión en comparación con los recubrimientos de aleación como el zinc-níquel o el zinc-cobalto.

Riesgo de fragilización por hidrógeno

Durante la limpieza ácida y la galvanoplastia, el hidrógeno puede ser absorbido por los aceros de alta resistencia. Esto provoca fragilización y posible agrietamiento bajo carga. Esto representa un problema crítico para los componentes estructurales o de seguridad crítica.

Recubrimiento de zinc vs. recubrimiento de níquel

La siguiente tabla compara el galvanizado con niquelado.

Atributo	Galvanizado	Niquelado
Finalidad	Principalmente para protección contra la corrosión; revestimiento de sacrificio.	Resistencia a la corrosión y al desgaste; a menudo decorativa y funcional.
Tipos de baño	Cianuro, alcalino no cianuro, cloruro débilmente ácido	Níquel electrolítico, níquel sulfamato, níquel químico (fosfato medio/alto)
Compatibilidad de sustrato	Acero, hierro y otros metales ferrosos	Acero, latón, cobre, aluminio, zinc fundido a presión, etc.
Resistencia a la Corrosión	Protección sacrificial; el zinc se corroe antes que el sustrato	Protección de barrera; el níquel químico proporciona un recubrimiento denso y uniforme
Apariencia	Plateado o blanco azulado; a menudo pasivado para obtener color (azul, amarillo, negro)	Brillante, semibrillante, mate; acabados decorativos como níquel-cromo brillante.
Postratamientos	Recubrimientos de conversión de cromato, capas de acabado, selladores	Pasivación, tratamiento térmico (para dureza), capas de acabado.
espesor de la capa	Normalmente de 5 a 25 micrones	Sin corriente eléctrica: 2.5–100 micrones; electrolítico: varía ampliamente
Resistencia al desgaste	Pobre a moderado	Moderado a excelente (especialmente con níquel químico)
Costo	Relativamente bajo	Moderado a alto (especialmente níquel químico)
Uso de la industria	Elementos de fijación para automoción, herrajes y componentes industriales en general.	Aeroespacial, automoción, electrónica, procesamiento químico, moldes, válvulas, dispositivos médicos