“Pretratamiento de superficies” se refiere al tratamiento mecánico, químico o electroquímico de materiales y sus productos antes de someterlos a un procesamiento de superficies. Este proceso se realiza para purificar, raspar o pasivar la superficie, dejándola lista para su posterior tratamiento o ajuste superficial.
El pretratamiento de superficies metálicas incluye los siguientes métodos:
- Nivelación de superficies, que abarca tanto la nivelación mecánica como el pulido mecánico.
- Grabado, que puede realizarse mediante ataque químico o ataque electroquímico.
- Desengrase de superficies, que se puede conseguir mediante desengrase con disolventes orgánicos, desengrase químico o desengrase electroquímico.
Nivelación de superficies
La nivelación de superficies abarca una variedad de métodos, que incluyen: pulido mecánico, pulido químico, pulido electrolítico, laminado, cepillado, chorro de arena y otros.
El proceso de tratamiento superficial específico utilizado depende del estado de las piezas y de los requisitos técnicos de la obra.
1. Pulido mecánico
El objetivo principal del pulido es hacer que la superficie rugosa e irregular de las piezas metálicas sea suave y plana. Además, también puede eliminar rebabas, incrustaciones, óxido, agujeros de arena, ranuras, burbujas y otras imperfecciones de la superficie de piezas metálicas.
El pulido se realiza mediante una muela abrasiva elástica acoplada a una amoladora. La superficie de trabajo de la muela está cubierta de partículas abrasivas, que actúan como pequeños bordes cortantes. Cuando la muela gira a alta velocidad, la superficie de la pieza de trabajo de metal se presiona suavemente contra la superficie de trabajo de la muela, lo que hace que las partes elevadas de la superficie se corten y se vuelvan lisas y planas.
El pulido se puede utilizar en todos los materiales metálicos y su eficacia depende de las características del abrasivo, la rigidez de la muela y la velocidad de rotación de la muela. Los abrasivos comúnmente utilizados para pulir incluyen corindón artificial y esmeril. El corindón artificial, que está compuesto por un 90-95% de alúmina y tiene un cierto nivel de tenacidad, es muy utilizado debido a su menor fragilidad y al mayor número de aristas y esquinas de sus partículas.
Figura 1 máquina pulidora
Figura 2Al 2 Ó 3 abrasivo (400X)
Los abrasivos se pueden clasificar en diferentes grados según el tamaño de las partículas. El tamaño de las partículas de los abrasivos generalmente está determinado por el número de agujeros por unidad de área (centímetro cuadrado) en un tamiz. Cuanto mayor sea el número de tamices, más pequeños serán los agujeros. El tamaño de las partículas está representado por la cantidad de abrasivos que pueden pasar a través del tamiz. Cuantos más abrasivos pasen, más finas serán las partículas, y cuantos menos abrasivos, más gruesas serán las partículas.
La Tabla 1 destaca las características y usos de los abrasivos comunes. La Tabla 2 enumera las velocidades de muela más adecuadas para pulir diferentes materiales metálicos.
Tabla 1 Características y usos de abrasivos comunes
| nombre abrasivo | Esmeril artificial (SiC) | Corindón artificial (A2O3) | esmeril natural | Arena de sílice (SiO 2 ) |
| Dureza mineral/dureza Mohs | 9.2 | 9 | 7~8 | 7 |
| Tenacidad | Frágil | relativamente dificil | Tenacidad | Tenacidad |
| molde | Afilado | más redondo | cilindro | más redondo |
| Tamaño de partícula/mm (malla) | 0,045 ~ 0,800 (24 ~ 320) | 0,053 ~ 0,800 (24 ~ 280) | 0,063 ~ 0,800 (24 ~ 240) | 0,045 ~ 0,800 (24 ~ 320) |
| Apariencia | Cristal brillante negro morado | Grano gris blanco a negro | Arena de color rojo grisáceo a negro. | Arena blanca a amarilla. |
| Objetivo | Se utiliza principalmente para pulir metales de baja resistencia (como latón, bronce, aluminio, etc.) y metales duros y quebradizos (como hierro fundido, acero al carbono para herramientas, acero de alta resistencia). | Se utiliza principalmente para pulir metales de alta resistencia con cierta tenacidad (como acero endurecido, hierro fundido maleable y acero verde al manganeso). | Se utiliza para pulir metales en general. | Materiales de esmerilado y pulido de uso general, también utilizados para granallado y laminado. |
Tabla 2 Velocidad ideal de la muela para pulir diferentes materiales metálicos
| tipo de material | Acero, níquel, cromo. | Cobre y aleaciones de cobre, plata y zinc. | Aluminio y aleaciones de aluminio, plomo y estaño. | ||
| Velocidad lineal abrasiva / (M/s) | 18~30 | 14~18 | 10~14 | ||
| Velocidad adecuada/(R/min) | Diámetro de la muela / mm | 200 | 2850 | 2400 | 1900 |
| 250 | 2300 | 1900 | 1530 | ||
| 300 | 1880 | 1500 | 1530 | ||
| 350 | 1620 | 1530 | 1090 | ||
| 400 | 1440 | 1190 | 960 | ||
2. Pulido
Pulido mecánico de 2,1 M.
El pulido es un tipo de proceso de rectificado. Algunos creen que funciona “arrancando” átomos de la capa superficial de la pieza de trabajo, lo que hace que la capa inferior se alise instantáneamente debido a la acción de la tensión superficial antes de solidificarse. Otros consideran que el pulido es el resultado de la tensión superficial. Durante el proceso de pulido, el calor generado por la fricción puede ablandar o incluso derretir la superficie, convirtiéndolo en algo más que un simple proceso de pulido mecánico.
Durante el pulido, la capa superficial del metal se funde, pero se solidifica rápidamente en un estado amorfo debido a la alta conductividad térmica del metal del sustrato. Antes de solidificarse, la superficie se vuelve lisa como resultado de los efectos combinados de la tensión superficial y la fricción del agente pulidor.
Las piezas que requieren un alto grado de acabado deben someterse a un pulido fino después del proceso de pulido inicial.
El pulido mecánico se realiza utilizando un agente pulidor en la rueda pulidora de una máquina pulidora. El agente de pulido puede ser una pasta de pulido o un fluido de pulido. El primero es una mezcla de abrasivo para pulir y un adhesivo, como ácido esteárico o parafina. Este último es una mezcla de abrasivo y una emulsión de aceite o agua.
A medida que la rueda pulidora gira a alta velocidad, elimina pequeñas irregularidades de la pieza de trabajo y le da un brillo similar al de un espejo. El pulido mecánico se utiliza no sólo para el pretratamiento de la superficie antes del recubrimiento, sino también para el acabado de una capa tras otra para mejorar el acabado de la superficie.
Es importante señalar que el pulido mecánico es diferente al pulido. Durante el pulido, se eliminan las virutas de metal evidentes, mientras que el pulido mecánico no produce una pérdida significativa de metal. La alta temperatura generada por la fricción entre el disco de pulido giratorio de alta velocidad y la pieza provoca la deformación plástica de la superficie metálica, rellenando ligeras irregularidades.
Además, la eliminación repetida de la película de óxido extremadamente delgada u otra película compuesta formada sobre la superficie del metal bajo la influencia de la atmósfera circundante da como resultado una superficie plana y brillante.
2.2 Pulido químico
El pulido químico es un tipo de grabado químico controlado. Es un método de procesamiento de metales que implica grabar el metal en una solución de pulido específica, haciendo que la superficie sea plana y brillante disolviendo selectivamente el metal.
En comparación con otras técnicas de pulido, el pulido químico tiene las ventajas de un equipo simple, bajo costo, fácil operación, alta eficiencia y no verse afectado por la forma y estructura de las piezas. Además, en comparación con el pulido electrolítico, el pulido químico no requiere una fuente de energía y puede usarse para procesar piezas con formas complejas. Sin embargo, la eficiencia de producción es mayor, pero la calidad del procesamiento de la superficie es menor que la del electropulido.
El pulido químico es un tipo de proceso electroquímico similar al pulido electrolítico. La reacción de pulido químico pertenece al ataque de una microbatería en el proceso electroquímico. Por tanto, el principio del pulido químico es similar al del pulido electrolítico.
Durante el proceso de disolución química se genera una película de óxido sobre la superficie del metal, que regula la velocidad de difusión en el proceso de disolución continua. Las partes convexas de la superficie se disuelven más rápidamente debido al fino espesor de la película de óxido, mientras que las partes cóncavas se disuelven más lentamente.
Constantemente se forma una película de óxido pasiva y una película de óxido en la superficie de las piezas de acero, siendo la primera más resistente que las segundas. Debido a la microirregularidad de la superficie, las partes microconvexas se disuelven primero, a un ritmo más rápido que las partes cóncavas. La disolución y formación de la película ocurren simultáneamente, pero a diferentes velocidades.
Como resultado, la rugosidad de la superficie de la pieza de acero se nivela, dando como resultado una superficie lisa y brillante. El pulido químico puede eliminar eficazmente la capa de daño superficial causada por el pulido mecánico, ya que tiene un fuerte efecto disolvente en la superficie.
2.3 Y pulido electrolítico
El electropulido implica colocar la pieza como ánodo y realizar la electrólisis en una solución específica. Durante el proceso, las partes microprotuberantes en la superficie de la pieza tienen una alta densidad de corriente y se disuelven rápidamente, mientras que la densidad de corriente en los microhuecos es baja, lo que hace que la disolución sea lenta. Esto da como resultado una superficie plana y brillante.
El electropulido se utiliza comúnmente para el acabado decorativo de piezas como acero al carbono, acero inoxidable, aluminio y cobre, así como para el acabado superficial de algunas herramientas o para crear superficies altamente reflectantes y muestras metalográficas.
La solución de pulido de anhídrido crómico de ácido fosfórico se usa ampliamente para materiales de hierro y acero y contiene componentes como ácido fosfórico, ácido sulfúrico, anhídrido crómico y aditivos como inhibidores de corrosión, abrillantadores y espesantes. El cátodo suele estar hecho de plomo y el voltaje de la fuente de alimentación puede ser de 12 V.
En los últimos años, con la creciente demanda de productos de acero inoxidable, también ha aumentado la demanda de soluciones de pulido electrolítico. Para prevenir la contaminación ambiental causada por soluciones de electropulido que contienen ácido fosfórico y anhídrido crómico, China ha hecho esfuerzos para desarrollar soluciones de pulido electrolítico de acero inoxidable respetuosas con el medio ambiente y ha logrado avances significativos.
La Tabla 3 presenta la composición de la solución y las condiciones de procesamiento de varias soluciones nuevas de pulido electrolítico de acero inoxidable. Las fórmulas 1 y 2 de la tabla no utilizan anhídrido crómico, lo que resuelve el problema de la eliminación de aguas residuales y proporciona un agente de pulido electroquímico libre de contaminación y respetuoso con el medio ambiente.
Tabla 3 Composición de la solución y condiciones del proceso de una solución de electropulido de acero inoxidable respetuosa con el medio ambiente
| Composición de la solución y condiciones del proceso. | Receta 1 | Receta 2 | Receta 3 |
| Ácido fosfórico (H 3 PO 4 ,85%) /% Ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ,98%) / % Ácido nítrico (HNO 3 ) /% Ácido perclórico /% Aditivo de agua acética glacial (H 2 O) | 40~50 15~20 prestación Dextrina adecuada |
20~30 20~30 prestación Cantidad adecuada de glicerol |
10~15 8~10 prestación Pequeña cantidad de aditivos |
| Temperatura / ℃ Densidad de corriente / (A / dm 2 ) Tiempo/minuto | 60~70 20~30 3~5 |
65~70 15~30 3~8 |
Alta temperatura 10~30 3~5 |
En comparación con el pulido mecánico, el electropulido aplana la superficie pulida mediante disolución electroquímica, sin dejar ninguna capa de deformación en la superficie y evitando la mezcla de sustancias extrañas. Además, el proceso de electrólisis da como resultado la precipitación de oxígeno, formando una película de óxido sobre la superficie pulida, lo que mejora su resistencia a la corrosión.
El electropulido también es útil para piezas con formas complejas, alambres, placas delgadas y piezas pequeñas, que son difíciles de pulir mecánicamente. Además de nivelar, el electropulido también puede eliminar inclusiones superficiales y revelar defectos como grietas, agujeros de arena e inclusiones en la superficie de las piezas.
3. rodando
La laminación es un método común utilizado para la preparación de superficies antes del recubrimiento o la modificación de la superficie después del recubrimiento para grandes cantidades de piezas pequeñas. El pulido con rodillo es un proceso en el que las piezas y los abrasivos se colocan juntos en una máquina de tambor o campana para esmerilado con rodillo para eliminar rebabas, asperezas y óxido de la superficie de las piezas y obtener una superficie lisa.
Además de los abrasivos, durante el proceso de laminación a menudo se añaden reactivos químicos como ácidos o álcalis. Así, el proceso de laminado sirve para eliminar rebabas, asperezas y óxido a medida que las piezas y los abrasivos ruedan juntos, así como el papel de los reactivos químicos.
La Fig. 3 es el diagrama esquemático de la calandria.
Fig.3 Diagrama esquemático del calendario.
El pulido con rodillo puede eliminar las manchas de aceite y las incrustaciones de óxido en la superficie de las piezas y producir una superficie brillante. Puede sustituir parcial o totalmente el pulido y el pulido, pero solo es adecuado para grandes cantidades de piezas con bajos requisitos de rugosidad superficial.
La laminación se puede dividir en método seco y método húmedo. El método seco utiliza abrasivos como arena, esmeril, vidrios rotos y cuero, mientras que el método húmedo utiliza bolas de acero, piedras trituradas, aserrín, sosa cáustica, té en polvo, etc.
La velocidad de rotación durante el laminado depende de las características de las piezas y de la estructura del tambor, y suele oscilar entre 15 y 50 RPM. Si la velocidad es demasiado alta, la fuerza centrífuga impedirá que las piezas rocen entre sí en el tambor, reduciendo la eficacia de la laminación. Por otro lado, si la velocidad es demasiado baja, la eficiencia será baja.
Cuando hay una gran cantidad de manchas de aceite u óxido en la superficie de las piezas durante el laminado, primero se debe desengrasar y grabar. Si hay una pequeña cantidad de mancha de aceite, se puede agregar al rizo una pequeña cantidad de sustancias alcalinas o emulsionantes como carbonato de sodio, jabón o detergente en polvo. Se puede agregar ácido sulfúrico diluido o ácido clorhídrico a las piezas con superficies oxidadas. Después de que las piezas se laminen en un medio ácido, la solución ácida debe enjuagarse inmediatamente.
4. Cepillado
El cepillado es una técnica de procesamiento de superficies que utiliza una rueda de cepillado hecha de materiales como alambre metálico, pelo de animales o fibras naturales o sintéticas. Este método se utiliza principalmente para eliminar contaminantes de la superficie como oxidación, óxido, escoria de soldadura, pintura vieja y otros desechos. Además, el cepillado también se utiliza para eliminar las rebabas que quedan en los bordes de una pieza después del mecanizado.
Las ruedas de cepillo más utilizadas están hechas de alambre de acero o alambre de latón. Si el material de la pieza de trabajo es duro, se debe utilizar una rueda de cepillo de acero de alta rigidez junto con una alta velocidad. Por otro lado, para materiales más blandos, se recomienda una rueda de cepillo de alambre de latón.
El cepillado se puede realizar de forma mecánica o manual. Ambos métodos suelen emplear una técnica húmeda, siendo el agua la solución de cepillado más utilizada. En algunos casos, también se puede utilizar una solución de 3% a 5% (en masa) de carbonato de sodio o fosfato de sodio al cepillar materiales de acero.
5. Arenado
El chorro de arena es un proceso que utiliza aire comprimido para soplar arena seca, como arena de cuarzo, arena de acero o alúmina, sobre la superficie de piezas metálicas para eliminar defectos de la superficie como rebabas, incrustaciones, óxido, depósitos de carbón y escoria. restos de arena de moldeo, restos de sal, películas de pintura viejas y suciedad.
Este método se usa comúnmente para limpiar la superficie de piezas de trabajo, como eliminar arena residual y capas con alto contenido de carbono en piezas fundidas y eliminar óxido y escamas en soldaduras.
La limpieza con chorro de arena y el lavado con ácido son técnicas utilizadas para eliminar el óxido. Sin embargo, aunque el lavado con ácido puede hacer que el hidrógeno penetre en el interior de las piezas de acero, aumentando la tensión interna y reduciendo la plasticidad, el pulido con chorro de arena no produce fragilidad por hidrógeno.
Después del pulido con chorro de arena, las piezas fabricadas con acero con alto contenido de carbono, acero de alta resistencia o materiales como latón, acero inoxidable y aluminio pueden tener una mejor adhesión de los recubrimientos o capas de óxido. Las piezas de trabajo cromadas duras y revestidas suelen ser pulidas con chorro de arena. Los accesorios de máquinas herramienta y las herramientas de medición a menudo se pulen con chorro de arena antes del cromado blanco lechoso.
El chorro de arena es un método eficaz para el pretratamiento de superficies. Puede eliminar completamente impurezas como incrustaciones de óxido, óxido, películas de pintura vieja y manchas de aceite de las superficies metálicas, lo que da como resultado un color metálico uniforme y una rugosidad superficial uniforme. Esta rugosidad puede mejorar la fuerza de unión entre el revestimiento anticorrosión y el metal base y aumentar la resistencia a la corrosión del metal.
El chorro de arena se utiliza comúnmente en recubrimientos por pulverización térmica y tratamientos de rugosidad de plásticos. Otras técnicas de rugoso de superficies incluyen roscado, moleteado, rugoso por chispa eléctrica y más.
Hay dos tipos de chorreado con arena: chorreado seco y chorreado húmedo. El chorro húmedo utiliza abrasivos mezclados con agua para formar una lechada y, por lo general, se agrega un inhibidor de corrosión al agua para evitar que el metal se oxide. El chorreado en seco es eficaz, pero deja la superficie rugosa, genera gran cantidad de polvo y hace que el abrasivo se descomponga con mayor facilidad. Por otro lado, el granallado húmedo tiene un impacto ambiental mínimo, puede tener un efecto decorativo y protector en la superficie y, a menudo, se utiliza para procesamientos más precisos.
Grabado
El grabado es un proceso que se utiliza para eliminar el óxido, las incrustaciones de óxido (formadas durante la fundición, la forja, el laminado y el tratamiento térmico) y otros productos de corrosión de la superficie de una pieza de trabajo. Esto se logra mediante el uso de soluciones ácidas, que tienen una gran capacidad para disolver óxidos metálicos. Por esta razón, el grabado también se denomina decapado.
Para algunos metales no ferrosos, se puede utilizar el grabado alcalino. La eliminación de una gran cantidad de óxidos y una estructura superficial deficiente se conoce como grabado duro, mientras que la eliminación de una fina película de óxido en la superficie de la pieza para prepararla para la galvanoplastia se denomina grabado débil.
Para el decapado del acero se utilizan habitualmente ácidos inorgánicos como el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico, el ácido nítrico, el ácido fosfórico y el ácido fluorhídrico. También se pueden utilizar ácidos orgánicos tales como ácido acético, ácido graso y ácido cítrico. La acción de los ácidos orgánicos es suave y el ácido residual no tiene efectos secundarios importantes. Además, la superficie de la pieza de trabajo queda limpia después del tratamiento y es menos probable que se vuelva a oxidar.
Los ácidos orgánicos, aunque tienen la ventaja de no provocar consecuencias importantes, tienen un alto coste y una baja eficacia para eliminar el óxido, por lo que se utilizan principalmente para limpiar incrustaciones de óxido en el interior de contenedores de equipos eléctricos y otros componentes con requisitos especiales.
Los ácidos inorgánicos, por otro lado, presentan una alta eficiencia de eliminación de óxido, alta velocidad, una amplia variedad de fuentes de materia prima y un bajo costo. Sin embargo, si la concentración de ácidos inorgánicos no se controla adecuadamente, el metal puede volverse "sobrecorrosivo" y el ácido residual es altamente corrosivo. Si la solución ácida no se limpia completamente, afectará el efecto del recubrimiento.
Para retardar la corrosión y la fragilización por hidrógeno de los metales, se debe agregar a la solución de eliminación de óxido una cantidad adecuada de tampones como rutina, urotropina y tiourea.
1. Decapado de productos siderúrgicos
(1) Principio de decapado
El propósito del ácido en el decapado es disolver y eliminar mecánicamente los óxidos de la superficie de la pieza. Usando el ácido sulfúrico como ejemplo, el ácido sulfúrico reacciona con óxidos de hierro (FeO, Fe3O4) para formar sulfato ferroso y sulfato férrico.
El ácido sulfúrico reacciona con el hierro de la matriz a través de los espacios en las incrustaciones de óxido, lo que provoca que el hierro se disuelva y se libere hidrógeno. La reacción entre el ácido sulfúrico y el hierro en la matriz acelera la velocidad de disolución química, reduciendo el sulfato de hierro de baja solubilidad a sulfato ferroso de alta solubilidad. El hidrógeno producido bajo las incrustaciones de óxido también crea efectos mecánicos de craqueo y decapado en las incrustaciones de óxido, lo que mejora la eficiencia del decapado.
Sin embargo, la reacción entre el ácido sulfúrico y la matriz de hierro puede provocar una corrosión excesiva de la matriz y cambios en el tamaño de las piezas. Estas son las desventajas de utilizar ácido sulfúrico en el proceso de decapado.
La evolución de hidrógeno durante el proceso de decapado también puede provocar la penetración de hidrógeno en la pieza, provocando su fragilización.
El ácido clorhídrico disuelve principalmente óxidos. Reacciona con óxido de hierro para formar cloruro ferroso y cloruro férrico, ambos de alta solubilidad. Como resultado, el efecto de eliminación mecánica del grabado con ácido clorhídrico es menos pronunciado que el del ácido sulfúrico.
Para las incrustaciones de óxido sueltas, el grabado con ácido clorhídrico es rápido y hay menos corrosión de la matriz y menor permeación de hidrógeno. Sin embargo, para las incrustaciones de óxido compacto, se consume una gran cantidad de ácido cuando se utiliza únicamente ácido clorhídrico. A menudo se utiliza una solución ácida mixta de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico para lograr el efecto de eliminación mecánica de hidrógeno.
El ácido nítrico se utiliza principalmente para el tratamiento de aceros de alta aleación y, a menudo, se mezcla con ácido clorhídrico para el tratamiento de metales no ferrosos. El ácido nítrico tiene una gran capacidad para disolver óxidos de hierro y la solubilidad del nitrato ferroso y del nitrato férrico es alta, con una reacción mínima de desprendimiento de hidrógeno.
Cuando se utiliza en acero inoxidable, el ácido nítrico no provoca corrosión de la matriz debido a sus propiedades pasivantes. Sin embargo, cuando se utiliza en acero al carbono, se debe abordar el problema de la corrosión de la matriz.
El ácido fluorhídrico se utiliza principalmente para eliminar sustancias que contienen silicio, como elementos de aleación en ciertos tipos de acero inoxidable y aceros aleados, escoria de soldadura mixta en soldaduras y arena de moldeo residual en piezas fundidas.
La combinación de ácidos fluorhídrico y nítrico se utiliza a menudo para tratar el acero inoxidable, pero el ácido fluorhídrico es extremadamente corrosivo y debe manipularse con cuidado.
El ácido nítrico libera nitruros tóxicos y puede ser difícil eliminarlo, por lo que se debe tener especial cuidado para evitar daños al cuerpo humano.
El ácido fosfórico tiene buena solubilidad para el óxido de hierro y es menos dañino para el metal porque forma una capa de fosfato insoluble en agua (película fosfatante) en la superficie del metal, lo que ayuda a prevenir la corrosión.
Además, es una excelente capa base antes de pintar. Se usa comúnmente para eliminar el óxido de piezas de precisión, pero el costo del ácido fosfórico es relativamente alto.
Cuando se utiliza ácido fosfórico para eliminar óxido, la función principal es transformar las incrustaciones de óxido y el óxido en Fe (H 2 PO 4 ) 3 soluble en agua y FeHPO 4 y Fe 3 (PO 4 ) 2 insolubles en agua.
La difusión de hidrógeno es un proceso débil.
Cuando se utiliza ácido fosfórico para el decapado, la cantidad de hidrógeno producida es aproximadamente de 1/10 a 1/5 de la producida mediante el decapado con ácido clorhídrico o sulfúrico. Además, la velocidad de difusión y penetración del hidrógeno es la mitad que la de los dos últimos ácidos.
El acero inoxidable y el acero aleado tienen una composición compleja y una estructura densa debido a sus incrustaciones de óxido, lo que dificulta su eliminación en una solución común de eliminación de óxido de acero al carbono. Para este fin se suele utilizar una mezcla de ácidos.
Al decapar aleaciones de acero que contienen titanio, es necesario añadir ácido fluorhídrico.
La gruesa y densa capa de óxido formada por el tratamiento térmico se puede “aflojar” en una solución alcalina concentrada caliente que contiene un oxidante fuerte y luego atacar usando una mezcla de ácidos clorhídrico y nítrico, o ácidos sulfúrico y nítrico.
(2) Aditivo decapado
Es fundamental utilizar un inhibidor de corrosión en la solución de decapado. La creencia general es que un inhibidor de la corrosión puede formar una película de adsorción o una película protectora insoluble sobre la superficie del metal base en una solución ácida.
La formación de esta película se produce mediante una reacción electroquímica cuando el hierro metálico entra en contacto con un ácido, que carga la superficie metálica. El inhibidor de corrosión al ser una molécula polar es atraído hacia la superficie del metal y forma una película protectora, evitando así la acción continua del ácido sobre el hierro y logrando el objetivo de inhibir la corrosión.
Desde un punto de vista electroquímico, la película protectora formada no sólo bloquea significativamente el proceso de polarización anódica, sino que también promueve la polarización catódica, inhibe la producción de hidrógeno y ralentiza el proceso de corrosión.
Las incrustaciones de óxido y el óxido no adsorben las moléculas inhibidoras de corrosión polares para formar una película porque interactúan con el ácido mediante una acción química ordinaria y no tienen ninguna carga en sus superficies.
Por lo tanto, agregar una cantidad específica de inhibidor de corrosión a la solución de eliminación de óxido no afecta su eficiencia de eliminación de óxido.
Para evaluar la eficacia de varios inhibidores de la corrosión, es crucial determinar su eficiencia de inhibición de la corrosión.
La eficiencia de la inhibición de la corrosión se puede determinar comparando la pérdida de peso (g/(m2·h)) de una muestra con y sin el inhibidor de corrosión en el mismo medio y bajo las mismas condiciones.
La cantidad especificada de diferentes inhibidores de corrosión utilizados en diversas soluciones ácidas varía.
A medida que aumenta la temperatura de la solución de lavado ácida, la eficacia de inhibición del inhibidor de corrosión disminuirá o incluso fallará por completo.
Por lo tanto, cada inhibidor de corrosión tiene una temperatura de funcionamiento permitida específica.
Los agentes humectantes utilizados en las soluciones de decapado son principalmente tensioactivos aniónicos y no iónicos, aunque rara vez se utilizan tensioactivos catiónicos. Esto se debe a que los tensioactivos no iónicos son estables en medios ácidos fuertes y el único tensioactivo aniónico aceptable es el tipo ácido sulfónico.
El uso de tensioactivos con propiedades humectantes, penetrantes, emulsionantes, dispersantes, solubilizantes y descontaminantes puede mejorar en gran medida el proceso de decapado y reducir el tiempo de decapado.
Para minimizar la pérdida por corrosión de la matriz, reducir el impacto de la permeación de hidrógeno, disminuir la niebla ácida y mejorar el ambiente de trabajo, es aconsejable agregar un inhibidor eficiente de la corrosión y la niebla a la solución de decapado.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que el inhibidor de corrosión puede formar una película en la superficie de la pieza, que debe limpiarse a fondo. Además, el inhibidor de corrosión puede reducir el efecto de eliminación mecánica de la reacción de desprendimiento de hidrógeno.
(3) Selección del tipo de ácido, concentración y temperatura para el decapado.
El método de limpieza de la superficie de una pieza de trabajo depende del material de la pieza de trabajo, la presencia de óxido y escamas de óxido y el nivel deseado de calidad de limpieza de la superficie.
Para piezas de acero, se utiliza comúnmente ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o una combinación de ambos.
Para disolver compuestos que contienen silicio en la superficie de las piezas fundidas, se añade ácido fluorhídrico al ácido sulfúrico o al ácido clorhídrico.
La concentración de ácido sulfúrico suele rondar el 20%. A esta concentración, la velocidad de ataque de las incrustaciones de óxido es rápida y el daño al material subyacente es mínimo.
La concentración de ácido clorhídrico suele ser inferior al 15%, ya que produce vapores cuando la concentración supera el 20%.
A medida que aumenta la concentración de ácido clorhídrico, la velocidad de decapado se acelera y el tiempo de decapado disminuye.
La Tabla 4 ilustra la relación entre el tiempo de decapado y la concentración de ácido para piezas de acero con el mismo grado de corrosión en ácido clorhídrico y ácido sulfúrico.
Tabla 4 Relación entre la concentración de ácido clorhídrico y el tiempo de decapado con ácido sulfúrico del hierro y el acero
| Contenido de ácido clorhídrico /% | dos | 5 | 10 | 15 |
| Tiempo de decapado/min | 90 | 55 | 18 | 15 |
| Contenido de ácido sulfúrico /% | dos | 5 | 10 | 15 |
| Tiempo de decapado/min | 135 | 135 | 120 | 95 |
| Contenido de ácido clorhídrico /% | 20 | 25 | 30 | 40 |
| Tiempo de decapado/min | 10 | 9 | / | / |
| Contenido de ácido sulfúrico /% | 20 | 25 | 30 | 40 |
| Tiempo de decapado/min | 80 | sesenta y cinco | 75 | 95 |
A medida que aumenta la temperatura, también aumenta la velocidad de decapado y se reduce el tiempo necesario.
La Tabla 5 muestra la relación entre el tiempo de decapado y la temperatura para piezas de acero con el mismo nivel de corrosión en ácido clorhídrico y ácido sulfúrico.
Tabla 5 Relación entre tiempo de decapado y temperatura
| Contenido de ácido/% | Tiempo de decapado con ácido sulfúrico/min. | Tiempo de decapado con ácido clorhídrico/min | ||||
| 18 ℃ | 40°C | 60°C | 18 ℃ | 40°C | 60°C | |
| 5 | 135 | 45 | 13 | 55 | 15 | 5 |
| 10 | 120 | 32 | 8 | 18 | 6 | dos |
(4) Proceso de decapado de piezas de hierro y acero.
Los métodos de decapado y eliminación de óxido incluyen el decapado por inmersión, el decapado por aspersión y la eliminación de óxido con pasta ácida.
Después de someterse a un tratamiento de desengrase, el metal impregnado y decapado se introduce en un tanque de ácido.
Una vez que se han eliminado las incrustaciones de óxido y el óxido, el metal se enjuaga con agua y se neutraliza con un álcali para producir una superficie adecuada para pintar.
La Tabla 6 proporciona información sobre los parámetros del proceso de grabado para piezas de acero.
Tabla 6 parámetros del proceso de grabado fuerte de piezas de acero.
| Proyecto | Piezas forjadas y estampadas. | Piezas de acero en general. | Fundición | ||
| 1 | dos | 1 | dos | ||
| Ácido sulfúrico concentrado / (g/L.) ácido clorhídrico / (g/L) ácido fluorhídrico / (g/L) Rodin / (g / L) Urotropina / (g/L) |
200~250 2~3 |
150~200 1~3 |
150~200 1~3 |
80~150 | 100 10~20 |
| Temperatura / ℃ Tiempo/minuto |
40~60 hasta que todo esté dividido | 30~40 hasta que todo esté dividido | 1.5 | Se divide hasta 40~50 | 30~40 hasta que todo esté dividido |
2. Grabado electroquímico
El grabado electroquímico implica el uso de electrólisis para eliminar la superficie de una pieza de trabajo, que sirve como ánodo o cátodo, en una solución ácida o alcalina. El proceso también se puede acelerar agitando la solución, lo que genera hidrógeno en el cátodo y renueva la solución de grabado en la superficie de la pieza.
La eliminación de óxido electroquímico se puede clasificar en ataque anódico y ataque catódico, dependiendo de la polaridad de la pieza.
Durante el grabado anódico, las incrustaciones de óxido se eliminan mediante una combinación de disolución química y electroquímica del metal de la pieza de trabajo y eliminación mecánica de oxígeno.
En el grabado catódico, las incrustaciones de óxido se eliminan principalmente mediante el efecto mecánico de la gran cantidad de hidrógeno generado y el efecto reductor del hidrógeno atómico primario sobre el óxido.
El grabado anódico produce pocas burbujas de oxígeno grandes y con un efecto de eliminación mecánica limitado, pero si lleva demasiado tiempo, puede provocar una corrosión excesiva del metal subyacente.
Por otro lado, el ataque catódico minimiza la corrosión del metal, preservando el tamaño de la pieza, pero puede provocar permeación de hidrógeno y residuos de cenizas.
La corrosión anódica es lenta y corrosiva para el metal base, por lo que sólo es adecuada para piezas de trabajo con una fina capa de óxido. Sin embargo, no provoca fragilización por hidrógeno.
Por otro lado, el ataque catódico es rápido y no produce una corrosión excesiva de la pieza, lo que lo hace adecuado para piezas con películas gruesas de óxido. Sin embargo, tiene la desventaja de la permeación del hidrógeno.
Actualmente, la mayoría de los métodos utilizados en China son grabación anódica o una combinación de grabación catódica y anódica. El grabado electroquímico se utiliza para grabados fuertes y débiles.
En comparación con el grabado químico, el grabado electroquímico es más eficaz para eliminar rápidamente las incrustaciones de óxido firmemente adheridas a la superficie del metal. También se ve menos afectado por los cambios en la concentración de ácido y tiene poco impacto en el material subyacente.
Este método es fácil de operar y administrar, pero requiere equipo especializado y requiere más operaciones de suspensión. También existe el riesgo de una disolución desigual de las incrustaciones de óxido.
Las ventajas del grabado electroquímico incluyen una velocidad de grabado rápida, un bajo consumo de ácido y poca influencia del contenido de iones de hierro en la solución sobre la capacidad de grabado.
Sin embargo, este método requiere equipos eléctricos y consume energía.
Las piezas de trabajo con formas complejas son difíciles de grabar debido a su escasa capacidad de dispersión.
Cuando las incrustaciones de óxido son espesas y densas, se debe tratar previamente con grabado químico con ácido sulfúrico para aflojar las incrustaciones de óxido antes de someterlas a un ataque electroquímico.
Desengrase de superficies
1. Desengrasante solvente orgánico
El desengrasado con disolventes orgánicos es un método común para eliminar la grasa de materiales metálicos. Funciona utilizando las propiedades físicas de disolución de los disolventes orgánicos en ambos tipos de aceites.
La gasolina y el queroseno son disolventes de uso común, pero el clorobenceno y el queroseno son alternativas más asequibles y menos tóxicas.
El desengrase con solventes orgánicos se caracteriza por su proceso sin calor, rápida velocidad de desengrase y ausencia de corrosión en la superficie del metal. Es particularmente adecuado para eliminar aceites minerales con alta viscosidad y puntos de fusión elevados, que son difíciles de eliminar con soluciones alcalinas.
Por lo tanto, es un pretratamiento adecuado para casi todas las tecnologías de tratamiento de superficies, especialmente para piezas con contaminación severa por petróleo o piezas metálicas que son susceptibles a la corrosión por soluciones desengrasantes alcalinas.
Sin embargo, este método no es integral y es posible que se requieran métodos químicos y electroquímicos para complementar el proceso de desengrasado. Además, la mayoría de los disolventes orgánicos son inflamables y tóxicos, y el coste puede ser elevado.
Es importante priorizar la seguridad, tomar precauciones y mantener una buena ventilación durante la operación.
2. Desengrase químico con solución alcalina
Actualmente, el desengrasado químico con solución alcalina se utiliza ampliamente en la producción.
Aunque el tiempo de eliminación de aceite con este método es mayor que el de los solventes orgánicos, tiene las ventajas de no ser tóxico, no inflamable, requerir equipo simple y ser económico y fácil de operar, lo que lo convierte en una opción razonable para la eliminación de aceite. . de aceite. .
El núcleo de este método es eliminar el aceite mediante saponificación y emulsificación. El primero elimina aceites animales y vegetales, mientras que el segundo elimina aceites minerales.
Con una selección adecuada del proceso, eliminar ambos tipos de grasa no es difícil.
Sin embargo, cuando existen requisitos elevados para la resistencia de la unión del recubrimiento, puede que no sea suficiente confiar únicamente en una solución alcalina para la eliminación química del aceite de las piezas recubiertas.
Esto es particularmente cierto cuando la mancha de aceite es principalmente de aceite mineral, ya que lleva mucho tiempo eliminarla y es posible que no se elimine por completo debido al efecto emulsionante limitado de la solución alcalina para eliminar el aceite.
En estos casos, es necesario utilizar la eliminación de aceite electroquímica (electrolítica) con una emulsificación más fuerte para obtener resultados satisfactorios.
3. Eliminación electroquímica de aceite.
La eliminación de aceite electroquímica, también conocida como eliminación de aceite electrolítica, es un proceso de eliminación de aceite que consiste en colocar piezas metálicas en un líquido de eliminación de aceite y utilizar las piezas como ánodo o cátodo mientras están conectadas a una corriente continua.
La composición de la solución desengrasante electroquímica es similar a la de las soluciones desengrasantes químicas.
Como contraelectrodo se utiliza habitualmente una placa de níquel o una placa de hierro niquelado, que sólo sirve como conductor.
La experiencia de producción ha demostrado que la eliminación electroquímica de aceite es varias veces más rápida que la eliminación química de aceite y elimina eficazmente la contaminación por petróleo. Esto se debe al mecanismo electroquímico de eliminación de aceite.
Nueva tecnología de pretratamiento de superficies
1. Fortalecimiento ultrasónico
La limpieza ultrasónica utiliza una señal de oscilación de alta frecuencia que un transductor convierte en oscilación mecánica de alta frecuencia.
La onda ultrasónica puede propagarse eficazmente en diferentes medios, incluidos gas, líquido, sólido, solución sólida, y puede transmitir energía fuerte. La onda ultrasónica se transmite al líquido de limpieza del tanque a través de la pared del tanque y hace que las microburbujas en el líquido vibren debido a la reflexión, la interferencia y la resonancia.
Las ondas ultrasónicas crean fuertes impactos y cavitación en la interfaz, que es la base de la limpieza ultrasónica. La eficacia de la limpieza ultrasónica depende de varios factores, incluido el tipo de fluido de limpieza, el método de limpieza, la temperatura y el tiempo de limpieza, la frecuencia ultrasónica, la densidad de potencia y la complejidad de las piezas a limpiar.
Los líquidos comunes utilizados para la limpieza ultrasónica incluyen solventes orgánicos, soluciones alcalinas y soluciones de limpieza a base de agua.
El dispositivo de limpieza y desengrase por ultrasonidos más utilizado consta de un transductor ultrasónico, un tanque de limpieza y un generador. También puede incluir componentes adicionales para limpieza de circulación, filtración, calentamiento y transporte de fluidos.
La limpieza ultrasónica es un método popular debido a su simplicidad, rápida velocidad de limpieza y buenos resultados.
2. Eliminación de aceite a baja temperatura y agente limpiador de alta eficiencia.
El uso de un agente de limpieza de alta eficiencia y baja temperatura para eliminar manchas de aceite en superficies metálicas no solo es muy eficaz, sino también energéticamente eficiente debido a su baja temperatura de limpieza.
3. Limpieza desengrasante al vacío
La limpieza desengrasante al vacío es una tecnología de limpieza nueva y respetuosa con el medio ambiente. Utiliza un agente limpiador de carburo de hidrógeno, que tiene un impacto mínimo en la salud humana, es menos irritante y no tiene olor.
Esta tecnología proporciona el mismo nivel de limpieza que la trietanolamina y es incluso más eficaz que el licor alcalino. Además, el agente limpiador se puede recuperar y regenerar.
El dispositivo de limpieza desengrasante por vacío es un sistema cerrado, libre de contaminación, tiene un alto factor de seguridad, es altamente productivo y permite la carga y descarga automática de materiales, lo que facilita su operación.
En el futuro se espera que se utilice ampliamente la tecnología de desengrase al vacío, con o sin limpieza líquida.
4. Rocíe granalla de plástico para eliminar la pintura (capa de revestimiento)
Al realizar pruebas de superficie no destructivas en componentes grandes e importantes, como aviones, para detectar grietas por fatiga y daños graves, primero se debe quitar el revestimiento de la superficie (pintura).
Los métodos tradicionales de eliminación de recubrimientos incluyen el decapado químico o el pulido manual con una muela abrasiva, pero ambos métodos tienen desventajas. El decapado químico puede corroer y dañar la matriz metálica, mientras que el pulido con una muela puede dañar fácilmente el sustrato y tiene baja eficiencia.
Recientemente, se desarrolló un nuevo proceso de eliminación de pintura mediante pulverización de plástico que ha mostrado buenos resultados. Este proceso consiste en rociar plástico granular sobre la superficie de la pieza a alta velocidad utilizando una pistola rociadora accionada por aire comprimido.
La capa de pintura se elimina mediante los bordes y esquinas afilados de la arena plástica, cortando e impactando la superficie. Esto proporciona una forma eficaz de eliminar la pintura.
Quitar pintura de la arena plástica tiene varias ventajas, tales como no dañar el sustrato o revestimiento debido a que la arena plástica tiene una dureza mayor que la capa de pintura, pero menor que la del sustrato o revestimiento y la capa superficial anodizada. Esto también proporciona una superficie limpia para la nueva capa de pintura, mejorando su adherencia. Además, los gránulos de plástico se pueden reciclar y separar fácilmente de la capa de pintura descascarada.
5. Voladura de arena supersónica con llama de aire y voladura
El chorro de arena ultrasónico es un proceso de espesamiento de la superficie de un sustrato mediante el uso de aire comprimido para rociar partículas de arena duras a alta velocidad sobre la superficie, lo que produce un efecto de limpieza mecánica. La velocidad del chorro de arena ultrasónico es de 300 a 600 metros por segundo y es más eficiente que el chorro de arena tradicional, con una eficiencia de chorro de tres a cinco veces mayor.
Se utiliza comúnmente en el pretratamiento de superficies de piezas estructurales grandes, como la limpieza de superficies antes de aplicar el revestimiento de superficies a puentes, barcos, calderas y tuberías. Además, a menudo se usa para espesar superficies antes de rociar piezas grandes o equipos con altos requisitos de efectos de rociado, y para limpiar superficies de equipos con mucha contaminación natural, como pintura, cemento e incrustaciones orgánicas o inorgánicas.
El tratamiento espesante aumenta el efecto de “gancho de anclaje” entre el recubrimiento y el sustrato, reduciendo la tensión de contracción del recubrimiento y mejorando la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato.
La arena utilizada para el arenado debe tener alta dureza, densidad, resistencia al aplastamiento y bajo contenido de polvo. El tamaño de partícula debe determinarse en función de la rugosidad superficial requerida. Los granos de arena más utilizados incluyen arena de corindón (alúmina), arena de sílice, carburo de silicio y esmeril.
El shot peening supersónico de superficie es un proceso en el que se pulverizan proyectiles supersónicos sobre la superficie de la pieza, provocando deformación plástica en la superficie y formando una capa de refuerzo de un determinado espesor.
