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— Tutorial Nº 104 —

Protección del Acero
por Galvanizado

Índice de contenidos:

1- Introducción

1.1- Generalidades

1.2- La corrosión

1.3- La protección catódica

1.4- Normativa aplicable

2- El proceso de la galvanización en caliente

2.1- Fundamentos

2.2- Galvanización en caliente por procedimiento discontinuo

2.3- Galvanización en caliente por procedimiento en continuo

2.4- Secuencia del proceso

2.5- Tratamiento final

2.6- Recubrimientos post-galvanizado

2.7- Ventajas del proceso de galvanización

3- El proceso de la galvanización en frío

3.1- Fundamentos

3.2- Aplicaciones

4- Otros procesos de recubrimientos por zinc

4.1- Generalidades

4.2- Zincado electrolítico

4.3- Metalización por zinc

4.4- Recubrimientos con polvo de zinc

4.5- Pinturas ricas en zinc


DESARROLLO DEL CONTENIDO


1- Introducción

1.1- Generalidades

Este tutorial va a versar sobre los procesos de protección de los aceros basados en la protección mediante el empleo de diferentes técnicas de recubrimientos del material que utilizan el zinc como elemento principal en la protección.

Uno de ellos, y quizás el más popular es el llamado recubrimiento por galvanización en caliente del acero, dando lugar a los llamados aceros galvanizados. El proceso de galvanizado tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro, componente principal del acero.

Básicamente el proceso de galvanización en caliente consiste en obtener un recubrimiento protector de zinc sobre el material base, el acero, por inmersión de la pieza a proteger en un baño de zinc fundido, a una temperatura aproximada de 450º C. Esta película de protección ofrece una protección catódica a la pieza de acero que la protege frente a la corrosión. Ello es debido porque en presencia de la humedad ambiente, el zinc actúa como ánodo y el material base a proteger, en este caso el acero como cátodo, de manera que el zinc se corroe en una acción de sacrificio y evita que el acero se oxide.

Además de la protección catódica anteriormente descrita, incorporar un recubrimiento de zinc sobre el metal base también ofrece una protección adicional, de tipo barrera, muy eficaz, dado que con la humedad junto con el anhídrido carbónico presente en el aire, originan sobre la superficie galvanizada de la pieza una capa de pasivación protectora, formada a base de carbonatos básicos de zinc, que son muy insolubles, a la vez que compacta y adherente.

1.2- La corrosión

La corrosión es un proceso electroquímico el cual ocurre bajo la presencia de cuatro elementos: un ánodo que provee electrones, un cátodo que recibe electrones, un electrólito (usualmente una solución de ácidos, bases o sales) y un paso de corriente.

Consiste en un recubrimiento metálico de zinc que se aplica por vía electrolítica. Como es sabido el zinc es el componente más utilizado para el recubrimiento de piezas de acero tanto por su capacidad anticorrosiva como por su versatilidad y precio. Se obtiene así una capa con un reparto excelente y homogéneo.

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El ejemplo más común de corrosión es la oxidación de hierro. Se trata de una reacción química compleja en la cual el hierro se combina con oxígeno y agua para formar un óxido de hierro hidratado. El óxido es un sólido que retiene la composición general del metal original, pero de una manera porosa y voluminosa, y por ello se convierte en un compuesto relativamente débil y quebradizo.

El índice de corrosión depende del potencial eléctrico entre el cátodo y el ánodo, el ph del electrolito, la temperatura y la disponibilidad de agua y oxígeno para la reacción química.

Los métodos disponibles para prevenir la corrosión del hierro son varios:

- Generar una aleación de hierro, por ejemplo el acero inoxidable, mediante la adición de cromo o cromo-níquel al metal base, lo cual confiere propiedades resistentes a la corrosión y a la acción de materiales corrosivos, como el ácido nítrico concentrado.

- Recubrir el metal base con un material que reaccione más rápidamente que el hierro con las materias oxidantes, protegiendo así el metal base de la corrosión. El método más común es la galvanización, objeto de estudio de este tutorial.

- Recubrir la superficie con un compuesto de manera que el agua y el aire no puedan dañarlo. Este método de protección consiste en la aplicación de una capa impermeable, por ejemplo una capa de pintura. Es la opción más barata de entre las anteriores, y por lo tanto la más común. Es un método satisfactorio, siempre y cuando la película protectora no se rompa, dado que una vez que esto ocurre el proceso de oxidación aparece rápidamente.

Como se aprecia en la figura siguiente, la corrosión comienza con el área picada de la derecha, la cual constituye el ánodo y por tanto es el elemento que va a perder los electrones. Por otro lado, el área catódica se sitúa a la izquierda (donde el agua y oxígeno del ambiente están presentes) y es la que recibe los electrones.

 

Corrosión del acero

En caso de realizar un recubrimiento de la pieza de acero con zinc, éste tiene una tendencia mayor a ceder electrones que el propio acero, dado que se trata de un metal más activo al estar situado arriba en la tabla de la serie galvánica, como se verá en el siguiente apartado.

Por lo tanto cuando ambos están presentes, el acero base y el recubrimiento de zinc, el zinc se convierte en el ánodo de la reacción de oxidación, y de esta manera va a proteger el acero de la corrosión. En la siguiente figura se muestra el proceso de corrosión, en el cual el zinc cede los electrones, comenzando su descomposición mientras que el acero se mantiene estable.

 

Proceso de corrosión del acero

De esta manera el revestimiento de zinc protege el acero, "sacrificándose", hasta que el contenido de zinc se haya agotado. El índice de gasto del zinc es relativamente lento cuando el ph del electrolito se encuentra entre 4 y 13, rango por otro lado, en el cual se encuentran la gran mayoría de ambientes industriales.

1.3- La protección catódica

El acero es un material bastante inestable debido a su origen, constituido por compuestos químicos complejos, por lo que situado a la intemperie va a tender siempre recuperar su estado inicial. Este fenómeno constituye la corrosión.

Para que se origine la corrosión en una pieza de acero sólo es necesaria la presencia de humedad y oxígeno, en definitiva, que se encuentre en la atmósfera natural.

Una forma de medir la mayor o menor tendencia de los materiales a la corrosión es comprobar su situación dentro de la llamada serie galvánica de los metales. Los metales situados por encima del hierro en dicha serie, como es el caso del zinc, son anódicos respecto al hierro, es decir, que en una situación de contacto entre ellos, el zinc constituirá el ánodo en la pila de corrosión que se origina, y por tanto el que experimente la oxidación, mientras que el hierro será el cátodo de dicha pila y permanecerá inalterado. En esto consiste la llamada protección catódica o de sacrificio.

La tabla 1 que se adjunta muestra la llamada serie galvánica para metales sumergidos en agua salada. Ésta serie clasifica los metales de más a menos activos. De esta forma, si se tiene un trozo de acero en contacto con zinc sumergidos ambos en agua de mar o salada, como el zinc es más activo que el acero, se oxidará primero el zinc antes que el acero y mientras haya zinc en contacto con el acero, éste no se verá afectado por la corrosión. Los metales más activos (más arriba en la tabla) protegen a los menos activos (más abajo en la tabla).

Tabla 1: Serie galvánica para metales en agua de mar
Magnesio
Aleaciones de magnesio
Zinc
Aleaciones de aluminio
Acero galvanizado
Hierro de fundición
Acero
Plomo
Estaño
Cobre
Latón (cobre + zinc)
Bronce (cobre + estaño)
Plata
Oro
Platino

1.4- Normativa aplicable

Como ya se verá en mayor profundidad en los apartados siguientes, dependiendo de la tecnología que se emplee existen distintos procedimientos de protección superficial del acero por recubrimiento donde el principal componente es el zinc. Cada uno de estos procedimientos requiere atender a su correspondiente reglamentación básica para que el proceso se lleve a cabo con las máximas garantías. A continuación se especifican las correspondientes reglamentaciones y normativas básicas, según sea el caso:

- Procesos de galvanización en caliente:

Para procesos en continuo de galvanización en caliente es la norma UNE 37507 donde se define los recubrimientos de galvanizados para las piezas sometidas a este procedimiento. Mientras que para la norma básica que especifica las características que deben cumplir los recubrimientos galvanizados que se obtienen en las instalaciones discontinuas de galvanización en caliente (conocidas normalmente como instalaciones de galvanización general), es la norma UNE EN ISO 1461, "Recubrimientos galvanizados en caliente sobre productos acabados de hierro y acero. Especificaciones y métodos de ensayo".

- Procesos de recubrimiento por zincado electrolítico:

La normativa de referencia y aplicable a este procedimiento es la UNE EN 12329 para procesos en discontinuo y la PNE-Pr EN 10152 para procesos en continuo.

- Procesos de metalización por zinc:

La norma de referencia para este procedimiento es la UNE EN 22063, además de la normativa ISO 2063 "Recubrimientos de zinc, aluminio y sus aleaciones mediante metalización por termorrociado sobre hierro y acero al carbono".

- Sherardización:

La norma de referencia para este procedimiento es la pr EN 13811.

- Depósito mecánico de zinc:

La norma de referencia en este caso es la pr EN 12683.

- Procesos de pintado por capas de pinturas ricas en zinc:

La norma de referencia que aplica en este tipo de procedimiento es la ISO 3549 (zinc en polvo).

2- El proceso de la galvanización en caliente

2.1- Fundamentos

La galvanización por inmersión en caliente se obtiene, como ya se ha dicho, por inmersión de la pieza de acero en un baño de zinc fundido a una temperatura de 450ºC aproximadamente. Durante la fase de inmersión, se produce una reacción entre el hierro de la pieza y el zinc, generándose una aleación de hierro-zinc que queda adherida a la superficie. El espesor de esta aleación depende del tiempo de inmersión de la pieza en el baño y de la temperatura de éste.

El criterio para determinar la calidad del galvanizado por inmersión son el aspecto superficial o visual, la adherencia y el espesor. Este último es el más relevante, dado que la duración es directamente proporcional al valor de este espesor.

Tabla 2. Espesores mínimos del recubrimiento según norma UNE EN ISO 1461
Espesor de la pieza Recubrimiento Local (mínimo) Recubrimiento medio (mínimo)
  g/m2 µm g/m2 µm
Acero ≥ 6 mm 505 70 610 85
Acero ≥ 3 mm hasta < 6 mm 395 55 505 70
Acero ≥ 1,5 mm hasta < 3 mm 325 45 395 55
Acero < 1,5 mm 250 35 325 45
Piezas moldeadas ≥ 6 mm 505 70 575 80
Piezas moldeadas < 6 mm 430 60 505 70

Por otro lado, el proceso puede diferenciarse según la tecnología aplicada para realizar el recubrimiento de zinc sobre el metal base. Así cabe distinguir entre galvanización en caliente por procedimiento en discontinuo y galvanización en caliente por procedimiento en continuo. A continuación se procede a analizar ambos casos.

2.2- Galvanización en caliente por procedimiento discontinuo

La galvanización en caliente por procedimiento discontinuo es el conocido comúnmente y el aplicable a toda pieza de acero. Este procedimiento se lleva a cabo por etapas, comenzando por un proceso inicial de desengrase y posterior lavado, seguido por una etapa de decapado, para someterla a un posterior fluxado y secado, previo a la inmersión de la pieza en el baño de zinc fundido.

 

Galvanización en caliente del acero

Para que el proceso de galvanizado sea efectivo, el recubrimiento que se consiga no debe ser una mera deposición superficial de zinc, sino que debe constituirse una verdadera aleación metalúrgica superficial, con al menos 3 capas de aleaciones Fe-Zn y una cuarta y última capa más externa que se constituya de zinc puro. Las aleaciones de las capas intermedias de Fe-Zn que se forman son más duras que el acero base, lo que significa que resistirán muy bien a golpes o rozaduras sin desprenderse.

 

Recubrimiento protector del acero por galvanizado

El espesor final del recubrimiento dependerá del espesor y calidad del acero base que se tome de partida. La norma UNE EN ISO 1461 establece los espesores mínimos de recubrimiento según la tabla 2 indicada en el apartado 2.1 anterior.

Generalmente este procedimiento se emplea para el galvanizado de elementos como tornillos, tuercas, arandelas y otras piezas pequeñas de fijación. Estos elementos se galvanizan en discontinuo y se colocan sobre cestas perforadas, las cuales son sometidas a un proceso de centrifugado para producir el escurrido de las piezas. Con ello se consigue espesores de galvanizado más pequeños que no obturan los filetes de las roscas de los elementos. La norma UNE 37507 define en concreto los recubrimientos de galvanizados sobre este tipo de piezas.

2.3- Galvanización en caliente por procedimiento en continuo

En este caso los materiales se someten de manera continua al proceso de galvanizado, donde el paso por el baño de zinc se realiza a velocidad elevada (alrededor de 200 m/min). Es de aplicación sobretodo a las chapas de aceros con espesor de hasta 3 mm.

El espesor final de la pieza se consigue mediante el empleo de cuchillas escurridoras, de aire/vapor a presión para el caso de chapas, o a través de matrices mecánicas para el caso del proceso de galvanización de alambres.

 

Galvanización en caliente del acero por procedimiento en continuo

Debido a la rápida velocidad de paso de la lámina por el baño de zinc, no da tiempo material para que se desarrolle una capa de transición de aleación Fe-Zn, o ésta es muy pequeña, entre la base de acero y la capa final de zinc, como se muestra en la figura adjunta,

 

Capa protectora por galvanización en caliente del acero mediante procedimiento en continuo

Las normas que controlan el proceso son la UNE EN 10142 para el caso de chapa galvanizada para conformación en frío, y la UNE EN 10147 para chapa galvanizada de acero de construcción. En la siguiente tabla se recogen las distintas calidades de los recubrimientos para chapas, que van desde los 100 g/m2 de chapa (equivale a 7 µm por cada cara) hasta 600 g/m2 (equivale a 42 µm por cara). Sin embrago, las chapas normalmente encontradas en el mercado son chapas con recubrimiento de 275 a 350 g/m2, que corresponde a espesores de 20 y 25 µm, respectivamente.

Tabla 3. Masa mínima del recubrimiento sobre chapa galvanizada en continuo (según normas UNE EN 10142 y UNE EN 10147)
Designación del recubrimiento Masa mínima del recubrimiento (gr/m2), incluyendo ambas caras
100 100
140 140
200 200
225 225
275 275
350 350
450 450
600 600

2.4- Secuencia del proceso

El tratamiento previo de las piezas a galvanizar es tan importante como el propio proceso de galvanizado, puesto que de dicho tratamiento depende la posterior adherencia y la uniformidad del recubrimiento.

En los artículos o construcciones metálicas que lleven partes o perfiles huecos, es necesario realizar orificios de ventilación en los lugares adecuados, para permitir la entrada y salida del zinc en dichas partes huecas y la correspondiente salida y entrada de aire en las mismas.

Normalmente no es conveniente taponar estos agujeros después de la galvanización, porque la aireación que proporcionan al interior de estas partes huecas favorece la formación de una buena capa de pasivación en el recubrimiento interior de zinc. Si por cualquier causa fuera necesario cerrar estos agujeros, puede hacerse con tapones de plástico, aluminio o plomo.

Diámetro del perfil (mm) Diámetro mínimo del agujero (mm)
< 25 10
25 - 50 12
50 - 100 16
100 - 150 20
> 150 Consultar con el galvanizador

Una vez, preparada la pieza se comienza con el proceso de galvanización. La secuencia completa de tratamiento de los materiales es la siguiente:

1.- Desengrase:

Este proceso se realiza para eliminar todo el aceite y la grasa de los materiales que pueda proceder de los diversos procedimientos mecánicos a los que el material haya sido sometido previamente. En algunos casos para efectuar un desengrase adecuado se introduce la pieza en soluciones alcalinas y en otros casos, se somete a la pieza a agentes desengrasantes ácidos. En todo caso, la temperatura de estas soluciones debe estar comprendida entre 30 y 40 ºC. Esta fase de limpieza previa es muy importante, dado que va a permitir la correcta acción de los baños posteriores.

Aunque existen soluciones desengrasantes del tipo ácido, las alcalinas son las ampliamente preferidas por ser de menor costo y más eficientes.

En todo caso, tras el desengrasado químico hay que someter a la pieza a un proceso de limpieza para eliminar los residuos de agentes de desengrasado.

2.- Lavado:

Enjuague en agua limpia para evitar el arrastre de líquido de la limpieza cáustica al decapado.

3.- Decapado:

El decapado químico es necesario para eliminar la capa de óxidos de hierro presente en la superficie del acero. Se realiza por inmersión del material en baños de ácido clorhídrico, o sulfúrico, que tienen la finalidad de remover los óxidos de la superficie del acero. Los decapados en base ácido clorhídrico son los más usados, ya que operan a temperatura ambiente y tienen un menor impacto de contaminación en las etapas posteriores.

Realizado el decapado se obtendrá así una superficie químicamente limpia. El tiempo de decapado dependerá del grado de oxidación superficial de las piezas y de la concentración de la solución de ácido.

Es imprescindible la adición de un aditivo que contenga inhibidor para que el ácido no disuelva el acero y lo hagan solamente los óxidos, y que además evite la emanación de neblina ácida e idealmente ayude en la limpieza adicional del metal.

Tras el decapado es necesario realizar una limpieza en agua limpia para eliminar los residuos de cloruro de hierro y que éstos no lleguen al baño de fluxado.

4.- Fluxado o Baño de sales:

En esta fase se realiza la inmersión de la pieza en una solución salina (mezcla de cloruro de zinc y cloruro amónico) para su tratamiento con sales. Su misión es formar una película fundente que protege la superficie de la pieza para evitar que vuelva a oxidarse. Por otro lado, mediante el fluxado se elimina cualquier rastro de impureza provocando una limpieza intensa de la superficie metálica. Además, este proceso sirve para asegurar una mejor adherencia y recubrimiento uniforme del zinc en la fase posterior de inmersión en el baño caliente. La temperatura del flux debe estar comprendida entre 50 y 60 ºC.

Es muy importante las operaciones previas de limpieza, decapado y lavado del acero, dado que si se cuidan hacer bien estas operaciones, esto permitirá el uso de fluxes que admitirán un mayor tiempo de secado, alcanzar mayores temperaturas de precalentado, que repercute en una mínima emisión de humos al ingresar la pieza en el baño.

Por otro lado, la presencia de contaminantes en las operaciones previas al fluxado va a influir directamente en la calidad final de galvanizado, en las pérdidas de zinc durante el proceso y la generación de subproductos no deseados como cenizas y humos.

Durante el proceso, es habitual la formación de hierro en forma de sales solubles que es arrastrado desde el decapado hasta el lavado posterior. Este compuesto se trata de un contaminante muy crítico. Su efecto es la formación de escoria en la masa fundida de zinc, la cual aumenta el espesor de la capa de zinc y crea capas intermetálicas desiguales. Es por tanto muy importante mantener la concentración de hierro soluble por debajo de un 0,5%. Para conseguir este propósito se puede conseguir mantener una baja concentración de hierro en las etapas previas al fluxado ajustando el pH alrededor de 5 y filtrando la solución.

En las plantas donde no existe horno de secado o precalentamiento es conveniente operar el prefluxado a 55-75°C, esto ayudará a un secado más rápido.

5.- Baño de zinc:

Es la etapa donde se produce la galvanización propiamente dicha. En este caso, las piezas a galvanizar se sumergen en el baño de zinc fundido a una temperatura de 450 ºC. Se debe prestar especial atención en el proceso de la inmersión del material y en la posterior extracción y escurrido del zinc líquido, dado que el galvanizado actúa tanto en superficies internas como externas.

Es importante prever una correcta preparación del material para una adecuada emanación de gases y para que el zinc fundido penetre en el interior y lo cubra de forma conveniente.

En general, las piezas deben sumergirse lo más rápido posible y deben ser retiradas lo más lentamente posible del baño.

El tiempo de inmersión dependerá del espesor del acero, la temperatura de precalentado y el espesor deseado. La reacción de formación de la capa de zinc es rápida durante los primeros 1 a 2 minutos, decayendo luego. Es importante tener en cuenta que conforme más gruesa es la capa de zinc aplicada, es también más quebradiza. En los primeros 30 segundos se forman las 3 capas intermetálicas (gamma, delta y zeta), según se aprecia en la figura siguiente:

 

Formación de la capa de zinc en los aceros galvanizados

Una composición típica de la masa de metal o baño fundido es la siguiente:

98,76% Zinc

1,2% Plomo

0,002% Aluminio

Es conveniente que las piezas no se sumerjan a más de 30 cm del fondo, ya que en el fondo se acumula escoria. La temperatura optima es 454°C. No se deben superar los 480°C ya que el hierro del baño reacciona con el zinc formando escoria y puede originar una falla prematura del crisol.

2.5- Tratamiento final

1.- Enfriamiento:

Las piezas, una vez concluido el galvanizado, pueden enfriarse en agua ó al aire libre. Es necesario realizar una refrigeración de las piezas cincadas para así interrumpir la propagación de la aleación inferior. Por otro lado, el proceso de enfriamiento favorece la extracción de las impurezas de sales quemadas y de las cenizas que permanecen unidas al material.

2.- Pasivado:

La pasivación de la superficie de la pieza cincada se realiza para evitar la formación de óxido blanco de cinc y además para preparar la superficie galvanizada para que pueda realizarse un posterior pintado si se requiere.

Las más comunes formas de realizar este pasivazo son mediante una solución de cromatos o una solución de silicatos. Ambas soluciones pueden estar contenidas en el estanque de enfriamiento. Los pasivadores en base a silicatos no presentan los problemas ambientales que generan los que contiene cromo y, además tienen mayor resistencia a la lluvia ácida.

2.6- Recubrimientos post galvanizado

Cuando se requiere una resistencia a la corrosión extrema, es posible aplicar sobre el galvanizado una pintura protectora. Estos son conocidos como recubrimientos duplex. Con este tipo de recubrimientos se obtiene una protección 1,5 a 2,5 veces superior al que se pueda obtener con el galvanizado solo.

Hay que tener en cuenta que si se pretende aplicar esta capa de pintura sobre la superficie final no se deben aplicar tratamientos pasivadores al galvanizado, ya que la adherencia de la pintura sería deficiente.

En todo caso, es recomendable hacer un tratamiento específico y previo al galvanizado, como por ejemplo, un fosfatizado si se pretende realizar un pintado final. Además, la pintura a aplicar debería cumplir ciertos requisitos para obtener buenos resultados.

También se pueden aplicar pinturas sobre el galvanizado que solamente cumplan un rol decorativo.

2.7- Ventajas del proceso de galvanización

Frente a la protección que pueda ofrecer una aplicación de pintura sobre una pieza de acero, donde se tiene el inconveniente que si se rompe en algún punto la película de pintura aparecerá en ese punto un proceso de oxidación del acero que continuará por debajo, para el caso que se trate de una pieza galvanizada esto no ocurre, ya que si la capa de galvanizado se daña, raya o presenta discontinuidades, el zinc adyacente al acero formará inmediatamente una sal insoluble de zinc sobre el trozo de acero que queda expuesto a la intemperie. Esto va a resanar la ruptura y hace que continúe protegiendo la superficie contra cualquier corrosión.

Otros beneficios que presenta el proceso de galvanizado son:

- Mayor vida útil:

Un producto galvanizado por inmersión tiene una vida útil que varía de 20 a 30 años, dependiendo del grado de exposición y de la masa de zinc depositada por unidad de superficie, o sea, del espesor de recubrimiento.

De hecho, se puede calcular la duración que puede proporcionar un recubrimiento galvanizado a cualquier pieza de acero. Para ello, se parte de un valor conocido para el espesor de recubrimiento de la pieza en cuestión, que se puede obtener, o bien por medición directa, o bien a partir de un valor aproximado que se puede tomar de la ya mencionada Tabla 2. Espesores mínimos del recubrimiento según norma UNE EN ISO 1461 que aparece en el apartado 2.1

De esta forma, según lo indicado en la Tabla 2 del apartado 2.1 y teniendo en cuenta el valor de las pérdidas anuales de espesor de zinc, que están estimadas según la norma UNE EN ISO 14713 (ver tabla 5 que se adjunta), para cada una de las diferentes categorías de corrosividad ambiental, es inmediato calcular la duración que puede proporcionar un recubrimiento galvanizado a cualquier pieza de acero.

Tabla 5. Categorías de ambiente, riesgo de corrosión y velocidad de corrosión (según norma UNE EN ISO 14713)
Categoría corrosiva (Ambientes) Riesgo de corrosión Velocidad de corrosión del zinc (µm/año)
C1 Interior: seco Muy bajo ≤ 0,1
C2 Interior: condensación ocasional Bajo 0,1 a 0,7
Exterior: rural en el interior
C3 Interior: humedad elevada, aire ligeramente contaminado Medio 0,7 a 2
Exterior: urbano en el interior o costero de baja salinidad
C4 Interior: piscinas, plantas químicas, etc. Elevado 2 a 4
Exterior: industrial en el interior o urbano costero
C5 Exterior: industrial muy húmedo o costero de elevada salinidad Muy elevado 4 a 8

A modo informativo, y si se prefiere, en esta otra tabla que se adjunta, se indican directamente la duración de la protección aplicada, según el tipo de ambiente:

Tabla 6. Protección por años según espesor de capa de zinc y tipo de atmósfera
  Espesor de la capa de zinc en micras (µm)
  10 20 33 43 53 66 76 86 96 106 119 129
Tipo de Atmósfera Años de protección hasta el 5% de oxidación de la superficie
Rural 7 12 19 25 31 38 43 50 57 62 68 74
Marino Tropical 5 10 15 20 24 29 33 39 43 48 53 58
Marino Templado 4 9 13 17 21 26 30 35 39 43 48 51
Sub-Urbano 3 6 10 14 18 21 24 29 32 36 40 42
Industrial Moderado 2 4 8 11 14 18 21 24 28 31 34 38
Industrial Pesado 1 2 4 7 9 11 13 15 15 19 21 22

- Sin costo de mantenimiento:

Una vez galvanizado el material, no es necesario pintar ni realizar ningún tipo de mantenimiento.

- Garantía de recubrimiento:

El galvanizado por inmersión dentro de un baño de zinc asegura un recubrimiento total de la pieza, tanto por dentro y partes ocultas, como por fuera.

- Gran resistencia mecánica:

El gran comportamiento mecánico que presenta las piezas galvanizadas se debe a la propia estructura del proceso, formada por una capa exterior de zinc puro sobre varias capas inferiores de aleaciones Fe-Zn que presentan una dureza incluso superior a la del acero base. De esta forma, el proceso de galvanizado transfiere a la pieza una gran resistencia a daños mecánicos y a la abrasión, debido, como se ha dicho, a la gran adherencia que presenta el recubrimiento al metal base.

3- El proceso de la galvanización en frío

3.1- Fundamentos

El galvanizado en frío consiste en la impregnación de un recubrimiento de zinc que se aplica sobre la pieza de acero mediante pistola, brocha o rodillo. Esta imprimación galvánica anticorrosiva se realiza mediante resinas de alta calidad, generalmente a base de resinas acrílicas termoplásticas de secado muy rápido, junto polvo de zinc y/o aluminios, que aporta a la superficie un aspecto metalizado galvánico. La base de resina permite a las partículas de zinc que permanezcan en contacto continuo y ofrecer así una protección catódica a la superficie de aplicación.

No obstante, para conseguir una resistencia a la corrosión equivalente al galvanizado en caliente se requiere que la película seca contenga un mínimo de 95% de zinc, y además es necesario que la capa sea conductora eléctricamente. Solamente con estas dos características anteriores es capaz de proporcionar una protección galvánica contra la corrosión en las superficies de acero.

El revestimiento de metal en polvo actúa como un "revestimiento sacrificial". De esta forma, el zinc se ve convertido poco a poco en un revestimiento de óxido de zinc, insoluble en agua, por los elementos corrosivos. Este proceso y el revestimiento formado protegen el material base de cualquier ataque.

Por lo anterior, y para que pueda considerarse que se ha sometido a una pieza a un proceso de galvanizado en frío, este tipo de productos de aplicación deben cumplir con varias normas ASTM al respecto. Sólo el tratamiento con pinturas ricas en zinc no cumplen con estas normas, y por tanto no pueden ser consideradas que realizan una eficaz protección galvánica.

3.2- Aplicaciones

El Galvanizado en frío es un proceso que se utiliza ampliamente en el mundo de la construcción y la industria, como puedan ser:

- En aceros de estructuras de construcción: si se aplica el galvanizado en frío con al menos un espesor en la capa de 75 micras, y siguiendo las recomendaciones del fabricante o la normativa aplicable, se puede lograr una protección equiparable al galvanizado en caliente.

- Como método para reparación del galvanizado dañado: Se utiliza para reparar galvanizado en caliente dañado por soldadura, corte, quemadura, cizallamiento, etc.

- Para la regeneración de superficies galvanizadas: Se utiliza para regenerar superficies galvanizadas en caliente erosionadas por el tiempo.

- Como protección para soldaduras: Las soldaduras son susceptibles de corroerse dado que el área soldada tiene un potencial eléctrico distinto al del metal base. Al aplicar galvanizado en frío sobre las costuras de soldaduras y a sus alrededores, inhibe la corrosión de estas mediante protección galvánica.

Además, el galvanizado en frío permite el uso de pinturas protectoras o decorativas sin necesidad de ningún pretratamiento. Es lo que se conoce como recubrimiento post galvanizado. La pintura en este caso puede aplicarse directamente sobre la superficie galvanizada.

En definitiva, el galvanizado en frío es una alternativa equivalente al galvanizado en caliente respecto a su resistencia a la corrosión si se sigue fielmente las recomendaciones del fabricante. Se puede utilizar para estructuras nuevas o sobre galvanizado dañado, y puede ser fácilmente aplicada en terreno por el usuario. Además, es una alternativa válida para aquellas zonas que están alejadas de plantas galvanizadoras o para el mantenimiento preventivo de estructuras en terreno.

4- Otros procesos de recubrimientos por zinc

4.1- Generalidades

Es habitual emplear el término galvanizado para designar cualquier método de protección del acero basado en su recubrimiento con zinc. No obstante, esto es erróneo debido a que existen diferencias muy importantes de un procedimiento a otro en función de la tecnología empleada, que afecta a la capacidad de protección y al ámbito de utilización.

Así por ejemplo, en algunos de estos métodos de recubrimientos por zinc la combinación con el acero para formar capas intermedias de aleaciones hierro-zinc tienen una importancia decisiva en las propiedades mecánicas resultantes, como puedan ser la adherencia, la resistencia a los golpes o a la abrasión.

A continuación se describen algunos de estos procedimientos de recubrimiento por zinc para protección del acero.

4.2- Zincado electrolítico

Consiste en un recubrimiento metálico de zinc que se aplica por vía electrolítica. Como es sabido el zinc es el componente más utilizado para el recubrimiento de piezas de acero tanto por su capacidad anticorrosiva como por su versatilidad y precio. Se obtiene así una capa con un reparto excelente y homogéneo.

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En el proceso de zincado electrolítico, también llamado electrozincado, se deposita la capa de recubrimiento de zinc mediante electrolisis, introduciendo la pieza en una disolución acuosa de sales de zinc en presencia de corriente continua. En este caso no se originan aleaciones con el acero base, por lo que no aparecen estas capas intermedias de transición.

Los recubrimientos obtenidos mediante electrozincado se suelen aplicar acompañado finalmente de una etapa de pasivación y/o sellado de capa, que no deja de ser un tratamiento para aumentar la protección anticorrosiva, además de determinar el aspecto final de la pieza, ya que el pasivado cambia el color de la pieza y admite la aplicación de lacados.

Los espesores obtenidos por este procedimiento son sensiblemente inferiores a los obtenidos por un proceso de galvanización en caliente, por lo que su uso queda muy limitado a espacios interiores, o bien su uso se complemente con una protección adicional mediante capa de pintura. Generalmente los espesores normales del recubrimiento que se obtienen por este procedimiento son del rango de 5-25 µm para procesos en discontinuo, y de 2,5-10 µm en continuo.

No obstante la adherencia de la capa de zinc depositada al sustrato de acero es buena y presenta un aspecto superficial liso y brillante.

La normativa de referencia y aplicable a este procedimiento es la UNE EN 12329 para procesos en discontinuo y la PNE-Pr EN 10152 para procesos en continuo.

El uso del zincado electrolítico frente al galvanizado por inmersión en zinc (galvanizado en caliente), pinturas, y otros recubrimientos, tiene varias razones para su uso:

• El espesor de la capa protectora de zinc suele ser de 10 micras y no superior a las 30 micras, consiguiendo que no se aumente el volumen de la pieza. En algunos casos esto se hace imprescindible.

• La capa protectora se adhiere electrolíticamente a la pieza. Esta capa pasa a formar parte de la pieza, con lo que se podrá doblar, plegar y modificar la pieza sin perdida de la capa protectora.

• El zincado electrolítico no deforma los materiales, el proceso se realiza a temperatura ambiente.

• El precio del zincado electrolítico es más económico que otras opciones de recubrimiento.

• Versatilidad en acabados, distintos pasivados. El zincado electrolítico tiene un aspecto fino y brillante, no deja rebabas, ni impurezas.

4.3- Metalización por zinc

La Metalización es un proceso metalúrgico para añadir a un cuerpo metálico capas de metales a manera de recubrimiento, con el propósito de crear en él propiedades de resistencia a la corrosión mejores que los de un metal uniforme.

En este caso el zinc fundido u otra aleación como zinc-aluminio, es rociado sobre el acero en pequeñas gotas. Esto se realiza con el uso de una pieza especial que funde el zinc proveniente de barras o en polvo y lo vaporiza en pequeñas gotas sobre la superficie. Efectivamente, en este procedimiento de recubrimiento el zinc, en forma de alambre o polvo, alimenta una pistola de proyección en la que es fundido por la presencia de un arco eléctrico o de una llama, y se proyecta sobre la superficie del substrato con ayuda de un gas pulverizador.

De esta forma, se deposita una capa de zinc porosa y rugosa, la cual tiene un espesor que está entre los 25 y 90 micras dependiendo del deseo del aplicador. En algún caso especial es posible aplicar capas más finas, pero en perjuicio de las propiedades mecánicas.

A continuación se plantea esquemáticamente la construcción de la capa de zinc:

 

Protección del acero mediante metalización por zinc

1. Movimiento de las partículas de zinc fundido al sustrato.

2. Colisión y dispersión de las partículas sobre el sustrato.

3. Transferencia del calor al metal base.

4. Solidificación e incrustación del material rociado.

La adhesión de la capa de metal sobre el sustrato ocurre por anclaje mecánico y micro juntas.

En este procedimiento tampoco se origina aleación con el acero base, y aunque los recubrimientos que se puedan obtener pueden ser importantes, del orden de 80-150 µm, la uniformidad de éstos va a depender mucho de la habilidad del operario y de la geometría de la pieza.

Este proceso sigue la siguiente secuencia operativa y de preparación previa:

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- Para conseguir una aceptable unión mecánica es necesario someter a la superficie a metalizar a una limpieza previa por chorreo abrasivo. Este proceso es necesario para obtener un buen anclaje entre la capa de metal y el sustrato, donde se consigue eliminar todo contaminante de la superficie, y el mejor sistema para la limpieza del acero es sin duda alguna, el chorreado abrasivo. El chorreado abrasivo, consiste en la proyección de granalla, a alta velocidad y con una elevada energía cinética contra las superficies de acero a limpiar. El impacto de la granalla abrasiva provoca no solo el desprendimiento de los contaminantes del acero, como restos de óxido, pintura y otras sustancias presentes, sino que también modifica su superficie dejando una cierta rugosidad. Esta rugosidad favorece un perfecto anclaje de las capas de recubrimiento sobre la superficie. El grado de limpieza recomendado es el Sa3.

- Posteriormente, mediante el proceso de termorrociado o metalización se recubre la superficie a tratar con una capa metálica que puede ser de zinc, aluminio, aleación de zinc-aluminio y otros metales.

- A continuación se le somete a la pieza a un proceso de sellado de la superficie metalizada, mediante la aplicación de una mano con un sellador adecuado.

- Por último, el proceso termina con la aplicación de una pintura de acabado.

Todo este proceso de la metalización se realiza en una cabina de metalizado. Se trata de una cabina confeccionada para tal fin que cuenta con sistemas de aspiración y filtrado similares a los del proceso de granallado, evitando de este modo la salida de polvo a la atmósfera y realizando con este proceso un tratamiento anticorrosivo a la pieza de lo más eficaz que existe hasta el momento en el mercado.

Este tipo de metalizado está utilizándose en las más altas tecnologías, como por ejemplo en sectores aeroespaciales, plataformas petrolíferas, aeronáutica, eólica, etc…

Las ventajas que ofrece la metalización son las siguientes:

- No hay limitaciones en el tamaño de las piezas a tratar.

- Las piezas no sufren por elevación de la temperatura.

- La capa depositada, a diferencia del galvanizado en caliente, es rugosa, permitiendo un buen anclaje entre la capa de zinc y el recubrimiento orgánico.

- No es necesario una reconversión química de la capa de zinc.

Los recubrimientos obtenidos por esta técnica presentan cierta porosidad, por lo que es recomendable aplicar posteriormente barnices sellantes sobre los mismos.

La norma de referencia para este procedimiento es la UNE EN 22063 y la ISO 2063 "Recubrimientos de zinc, aluminio y sus aleaciones mediante metalización por termorrociado sobre hierro y acero al carbón".

4.4- Recubrimientos con polvo de zinc

a) Sherardización:

Consiste en recubrir con una capa protectora de zinc las piezas de acero por medio del calentamiento simultáneo con polvo de zinc. La sherardizacion es un proceso de difusión en fase sólida, donde las piezas pequeñas se tratan en tambores giratorios con una mezcla de polvo de zinc, sílice y/o carborundo, a temperaturas entre 380 400 ºC por debajo de la temperatura de fusión del zinc. Esto inicia un proceso de difusión que forma una capa uniforme y dura de una aleación hierro-zinc, resistente al calor y a la abrasión y con una excelente resistencia contra la corrosión.

La sherardización se utiliza primordialmente para el recubrimiento de pequeños artículos de ferretería y de piezas para equipo eléctrico. Los recubrimientos obtenidos por este método aunque son bastante resistentes a la acción atmosférica en la intemperie, son menos resistentes que los recubrimientos electrolíticos de zinc.

La esencia del proceso tecnológico de la sherardización consiste en lo siguiente:

- Las piezas con la superficie limpia de óxidos e impurezas, junto con polvo de zinc y polvo de óxido de zinc, se cargan en un tambor. La proporción a emplear aproximadamente es por cada 100 kg de piezas cargadas se introducen de 5 a 10 kg de mezcla, compuesta por 90% de polvo de zinc y 10% de óxido de zinc. El óxido se incluye para evitar la sinterización de la mezcla.

- Posteriormente el tambor, con las piezas y la mezcla, se calienta en un horno eléctrico o de gas hasta alcanzar los 440°C. Bajo esta temperatura el proceso se prolonga durante 2-4 horas.

- Después de ese tiempo, el tambor se enfría hasta la temperatura normal y se descarga.

En el proceso de sherardización mientras más alta es la temperatura y mayor el tiempo de permanencia en el tambor, más gruesa es la capa de recubrimiento. Para recubrir piezas de serie (tuercas, tornillos etc.) se considera como suficiente un espesor de 0.05-0.06 mm.

En estas condiciones, aplicando este procedimiento sí se origina aleación con el acero base, y los espesores de las capas de aleación hierro-zinc sobre la superficie del acero son variables dependiendo de la temperatura y duración de los tratamientos, oscilando entre 15-45 µm, similares a los obtenidos en la galvanización en caliente, pero de menor espesor. Además con este procedimiento no se presenta la capa externa de zinc puro.

Los materiales así tratados presentan cualidades mecánicas muy resistentes a la abrasión.

La norma de referencia para este procedimiento es la pr EN 13811.

b) Depósito mecánico de zinc

Es sólo aplicable a piezas pequeñas de forma similar a la sherardizacion. Estas piezas se someten primero a un pretratamiento y luego se hacen girar en un tambor junto con una mezcla de polvo de zinc, bolitas de vidrio, agua y otros productos químicos. Se forma un medio acuoso donde el depósito del polvo de zinc se genera por el impacto de las bolitas de vidrio sobre la superficie de las piezas ayudado por el movimiento de rotación del tambor. Por este procedimiento se genera un recubrimiento uniforme del material.

Los espesores de recubrimiento oscilan entre los 6-107 µm, con una densidad del orden de un 25% menor que la obtenida por la galvanización en caliente.

La norma de referencia en este caso es la pr EN 12683.

4.5- Pinturas ricas en zinc

Se trata de la aplicación de pinturas que contienen un elevado porcentaje en zinc metálico en el resultante de la película seca de pintura (entre 80-90%). Se puede aplicar con brocha, rodillo o pistola sobre la superficie de acero, que previamente ha sido preparada por chorreo abrasivo.

No existe reacción alguna entre en zinc y el acero base, por lo que no se forman capas de aleación.

Su consistencia y espesor depende de la forma de aplicación y del operario. Los espesores normales conseguidos varían, consiguiéndose películas de pintura delgada (espesores de 10-20 µm), normal (entre 40-80 µm) o gruesa (entre 60-120 µm).

Se suele emplear como método para reparar zonas dañadas (por ejemplo, por la soldadura) de las superficies que previamente han sido sometidas a galvanización en caliente.

La norma de referencia que aplica en este tipo de procedimiento es la ISO 3549 (zinc en polvo).

 

 

 

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