Condiciones ideales para zinc níquel. El recubrimiento con aleaciones zinc-níquel puede considerarse como uno de los métodos más comunes para protección contra la corrosión en la actualidad, pero éste no siempre ha sido el caso.
La historia del recubrimiento con aleaciones se remonta a principios del siglo XIX. Existen registros de recubrimientos con aleaciones que reportan la emisión de una patente en Inglaterra, en el Año 1838, a nombre de George Richards Elkington y Oglethorpe Barratt. Quienes prepararon recubrimientos de cobre y zinc mediante la inmersión de los mismos en una solución en ebullición de cloruro de zinc.
En 1869, el químico Alfred Roseleur descartó tajantemente la aleación de zinc-níquel. El científico afirmaba que “esta aplicación no tiene importancia a nivel industrial porque el níquel cuesta unas cinco veces más que el cobre, ante el cual posee todas las desventajas, en particular, el tener propiedades tóxicas”.
El zinc-níquel en la actualidad
En la actualidad diversas industrias como la automotriz, agricultura, así como otras industrias de bienes duraderos. Continúan enfocándose principalmente en los depósitos de zinc-níquel.
Condiciones ideales para zinc níquel. El mercado del recubrimiento de zinc-níquel se haya incrementado en más del doble en los últimos cinco años en Norteamérica.
La composición química del proceso de recubrimiento con zinc-níquel ha sido mejorada, el costo de operación comparado con los beneficios en el desempeño se ha convertido en algo mucho más atractivo.
El estudio de la electrodeposición de aleaciones de zinc-níquel fue durante bastante tiempo objeto de interés académico hasta principios de los ochenta. Debido a la excelente resistencia a la corrosión y a sus propiedades de auto lubricación. El cadmio fue el metal escogido para aplicaciones de protección contra la corrosión, particularmente en la industria de tornilleria.
Condiciones ideales para zinc níquel. Sin embargo, las restricciones a la exposición al cadmio en Estados Unidos, Europa y Japón generaron la demanda de un sustituto adecuado. El proceso de recubrimiento con aleación de zinc-níquel alcalino. Presenta problemas ambientales, como la exposición al cadmio y la exposición a los baños de cianuro.
En la actualidad, el 50% del zinc que se consume en el mundo se destina a la protección anticorrosiva. El galvanizado de acero cubre entre el 25 y el 30 por ciento de la producción total de zinc.
¿Qué factores influyen en la calidad del zinc-níquel?
Investigaciones han encontrado que el componente más influyente en el contenido total de níquel es el control del porcentaje de contenido de níquel en la solución del baño. También es muy importante el control de la densidad de corriente y la temperatura.
La adición de sulfato y carbonato conducen niveles elevados de níquel a un grado menor, pero la adición de más o menos sosa cáustica demostró un pequeño impacto en la incorporación general de níquel.
Condiciones ideales para zinc níquel. El desarrollo de tecnologías de recubrimiento de zinc-níquel radica en encontrar las condiciones adecuadas que permitan cubrir la creciente demanda de este depósito para partes de la industria automotriz.
En la actualidad, el proceso de zinc-níquel se lleva a cabo mediante dos métodos. El primero se trata de los baños ácidos de zinc-níquel, los cuales típicamente depositan entre el 10 y el 14 por ciento de níquel. El segundo caso son los baños alcalinos, que depositan níquel en un rango del 6 al 15 por ciento.
Se sabe que la protección del acero contra la corrosión será mayor en la medida en que aumente el contenido de níquel. Hasta aproximadamente el 15 por ciento, después de este valor, los depósitos se vuelven más nobles que el sustrato, perdiendo así sus propiedades de sacrificio.
Los baños zinc-níquel alcalino ofrecen un depósito dúctil, así como resistencia a la corrosión en cámara de neblina salina de hasta 3,000 horas y la capacidad de depositar en zonas de baja densidad de corriente. Sin embargo, el control sobre el contenido de níquel es una cuestión muy complicada.
Cantidad de níquel en los baños electrolíticos
Para realizar este recubrimiento se sabe que un típico baño de zinc-níquel alcalino con cierta cantidad de componentes. De las cuales se agotan, ya sea por consumo o por arrastre. Esto trae como consecuencia un cambio en el desempeño de las partes recubiertas y requiere una adecuada adición o retoque de materiales de reemplazo. Debido a que hay tantas variables en el proceso, las cuales con frecuencia cambian todas simultáneamente, a veces resulta difícil atribuir un cambio en el desempeño a una única causa de los componentes.
Investigadores han elaborado un proceso modelo de recubrimiento alcalino sin cianuro. Se midió el espesor de la aleación de zinc-níquel y el porcentaje de composición de níquel en el depósito, contra la concentración de níquel en el baño, la densidad de corriente, la temperatura del baño y la carga de carbonatos, de sulfato y sosa cáustica.
Condiciones ideales para zinc níquel. Se encontró que valores entre 12 y 15% brindan una protección óptima. La resistencia a la corrosión se disminuye en los depósitos mayores al 15%.
A un mayor contenido de níquel en el baño conduzca a un mayor contenido de níquel en el depósito. Se obtuvieron valores similares en un estudio realizado por Hwa Young Lee y Sung Gyu Kim, quienes midieron el efecto de la concentración de níquel en el contenido de níquel de un baño alcalino a 27°C (80°F).
Hwa Young Lee identificó que los baños con una concentración menor a 500 ppm de níquel no se pueden depositar dentro del rango deseado (12 al 15%) sin importar la densidad de corriente.
Mientras que con una concentración de 850 ppm de níquel depositan el porcentaje deseado de composición de níquel en todas las densidades de corriente. Por otro, los baños con más de 1,500 ppm depositan a las concentraciones objetivo a densidades de corriente más bajas, pero exceden el objetivo a medida que aumentan las densidades de corriente.
Para cumplir con el objetivo (12 y el 15% níquel) es necesario mantener la concentración de níquel en 850 mg/l a una densidad de corriente de entre 20 y 60 Ampere/pie2.
La influencia de la temperatura en el proceso
Para un baño con una concentración de 7,500 ppm de zinc, 850 ppm de níquel y 10 por ciento de orgánicos patentados, las temperaturas del baño variaron de 10°C a 38°C (50°F a 100°F). Se notó una baja influencia de incorporación de níquel con temperaturas por encima del rango de densidades de corriente. Lee indicó que existe un ligero aumento en el contenido de níquel al incrementar la temperatura de 25°C hasta 50°C.
Efecto de la concentración de otros compuestos
Se evaluó el porcentaje de níquel en el depósito como una función de la concentración de sosa cáustica, sulfato y carbonato. Mientras que el pH del baño alcalino es muy alto, se estudió el efecto de la concentración de la sosa cáustica ( 50% NaOH) en la incorporación de níquel. Donde se encontró que la concentración óptima en el baño es de 112 g/l.
El incremento en la concentración de sulfatos ocurre a medida que el níquel se deposita con el transcurso del tiempo, dejando un anión residual. Para replicar la acumulación de sulfatos en el baño, se agregó sulfato de sodio al baño.
Finalmente, las altas concentraciones de carbonatos podrían disminuir la velocidad del recubrimiento o causar una pobre eficiencia del cátodo. Una agitación excesiva, así como altas densidades de corriente, también contribuyen al desarrollo de formaciones de carbonato.
Las concentraciones de carbonato por encima de 75 g/l pueden reducir rápidamente la velocidad del recubrimiento. El porcentaje de níquel aumenta levemente en cada densidad de corriente medida, y a medida que las densidades de corriente aumentan dentro de un experimento de concentración de carbonato singular.
