¿Qué es el revestimiento mecánico?
Se estima que la cantidad de materiales y equipos metálicos desechados debido a la corrosión cada año en el mundo es aproximadamente entre un cuarto y un tercio de la producción anual de metal. Se puede observar que es muy importante estudiar la corrosión y protección de los metales. Entre ellos, se utilizan ampliamente la galvanoplastia y el revestimiento por inmersión en caliente. Sin embargo, estos dos procesos tienen desventajas como un alto consumo de energía y una grave contaminación en su aplicación. Especialmente en el caso del galvanoplastia de piezas de trabajo de alta resistencia, el efecto no es ideal. Debido a la fragilización por hidrógeno en la galvanoplastia, la resistencia mecánica de la pieza de trabajo se ve muy afectada, mientras que en el revestimiento en caliente, el recocido del acero a alta temperatura es perjudicial debido a la temperatura excesiva (≥450°C). La existencia de estos problemas impulsa a la gente a explorar continuamente nuevas tecnologías anticorrosión.
La tecnología de galvanoplastia mecánica es una nueva tecnología de protección de superficies que ha comenzado a entrar en aplicaciones industriales en países desarrollados como Europa, Estados Unidos y Japón en las últimas dos o tres décadas. Las capas de zinc, estaño, cadmio, aluminio y capas mixtas de estos metales se pueden obtener mediante galvanoplastia mecánica. En capas mixtas, se pueden depositar zinc y cadmio, zinc y aluminio, zinc y estaño, cadmio y aluminio en varias proporciones para proporcionar una excelente protección contra la corrosión. Cada depósito de metal tiene muchas ventajas de resistencia a la corrosión. También se pueden depositar mecánicamente otros polvos metálicos blandos y dúctiles, como cobre, latón, indio, oro, plata y plomo. Este recubrimiento de alto rendimiento proporciona protección de ánodo de sacrificio en ambientes exteriores, industriales y marinos durante 10 a 30 años o más. En los últimos años, la galvanoplastia mecánica ha atraído cada vez más la atención de la industria de piezas metálicas debido a sus ventajas como bajo consumo de energía, bajo costo, proceso simple, fórmulas diversas, operación conveniente, alta eficiencia de producción, sin fragilización por hidrógeno y menos esperas. tiempo para la contaminación ambiental. El autor se ha dedicado a la investigación de la tecnología de galvanoplastia mecánica en los últimos diez años y ha logrado buenos avances en los aspectos del brillo de la superficie del recubrimiento, la selección de recubrimientos compuestos y la extensión del tiempo de prueba de niebla salina neutra.
1 Proceso de galvanoplastia mecánica
El proceso de galvanoplastia mecánica es un proceso en el que se mezclan un activador, un polvo metálico, un medio de impacto y una cierta cantidad de agua en una suspensión y se colocan en un tambor. junto con la pieza de trabajo. Con la ayuda de la energía mecánica generada por la rotación del rodillo seco, el recubrimiento de zinc se forma gradualmente sobre la superficie a base de hierro bajo la colisión mecánica simultánea del activador y el medio de impacto. Obviamente, el principio de este proceso es diferente del revestimiento por inmersión en caliente y la galvanoplastia. Cuando se lleva a cabo a temperatura ambiente, no hay reacción metalúrgica a alta temperatura y no hay estructura dendrítica ni compuestos metálicos formados por el revestimiento en caliente, lo que evita el impacto del recocido a alta temperatura en la resistencia y el rendimiento de la pieza de trabajo. Durante este proceso, ningún campo eléctrico actúa directamente sobre la superficie de la pieza de trabajo, por lo que no hay reacción de reducción durante el proceso de galvanoplastia, evitando fundamentalmente la generación y daño de la fragilización por hidrógeno.
El proceso típico de galvanoplastia mecánica se puede dividir en cuatro etapas: (1) Pretratamiento de la superficie: esta etapa elimina principalmente manchas de aceite y óxidos en la superficie de la pieza de trabajo para exponer la matriz metálica para la galvanoplastia. (2) Revestimiento instantáneo: para evitar la oxidación a base de hierro y promover la combinación estrecha del revestimiento y el sustrato, a menudo se forma una fina capa de metal, generalmente una capa de cobre, en la superficie de la pieza de trabajo pretratada antes del revestimiento. El proceso sólo tarda entre 30 y 90 segundos, habitualmente llamado "cobre flash". (3) Galvanoplastia: después del revestimiento instantáneo, ingresa a la etapa de galvanoplastia. La cantidad de polvo metálico y activador necesarios durante el proceso de galvanoplastia depende principalmente de la superficie de la pieza de trabajo y del espesor del recubrimiento. Por ejemplo, en una pieza de trabajo con una superficie total de 1m2, ¿25? m capa de zinc, se necesitan aproximadamente 200 g de polvo de zinc. (4) Postprocesamiento: separación, enjuague, secado, pasivación y sellado después del recubrimiento pertenecen a esta etapa. Después de la galvanoplastia, la pieza de trabajo generalmente se separa del medio mediante una criba vibratoria y un separador magnético. Los medios separados se pueden devolver al tambor para su reutilización, mientras las piezas de trabajo se enjuagan, secan y empaquetan. Si es necesario, la pieza de trabajo se puede pasivar o sellar aún más con materia orgánica para aumentar la resistencia a la corrosión.
El proceso de galvanizado mecánico se puede dividir en desengrasado → enjuague → decapado (o granallado) → enjuague → revestimiento flash → revestimiento mecánico → separación → enjuague → secado → pasivación, etc.
2 Equipos mecánicos de galvanoplastia y materias primas
El equipo de trabajo mecánico típico de galvanoplastia es un tambor poligonal con un extremo abierto o medio abierto. Su función principal es proporcionar fuerza de impacto mecánica, de modo que el polvo metálico, el activador y el agua en el tambor formen rápidamente una suspensión mezclada uniforme, asegurando así que las piezas revestidas se volteen y giren en el tambor, y que todas las piezas revestidas puedan recubrirse. bajo la acción del medio de impacto requerido. La mayoría de los barriles de enchapado son octogonales, con una relación entre el diámetro y la longitud axial no superior a 1:3; la posición de trabajo es de 20 a 30 grados desde la posición horizontal; El medio de impacto utilizado en el proceso de galvanoplastia no solo debe proporcionar energía de impacto, sino que también debe desempeñar un papel amortiguador para reducir el impacto entre piezas de trabajo pesadas y el daño al recubrimiento causado por virutas o bordes afilados. Por tanto, además de tener cierta solidez y buena resistencia al desgaste, la superficie debe ser lisa y angulosa. En la actualidad, las más utilizadas son las cuentas de vidrio, con tamaños que oscilan entre 0,5 y 4 mm y disponibles en varias especificaciones. La proporción de mezcla depende de la forma, el tamaño, el peso y el material de revestimiento de la pieza de trabajo. Si hay demasiados medios con tamaños de partículas grandes, la superficie del recubrimiento será desigual y será difícil formar un recubrimiento en espacios y depresiones, mientras que si hay demasiados medios con tamaños de partículas pequeños, la fuerza de impacto no será mayor; suficiente y la adherencia del recubrimiento disminuirá.
Los diversos aditivos químicos añadidos durante el proceso de recubrimiento mecánico se denominan colectivamente agentes de activación. Su función principal es ayudar a que el polvo metálico se disperse en agua, estabilizar el valor del pH de la solución de revestimiento y mejorar el rendimiento y la calidad del recubrimiento. Por lo tanto, los activadores suelen estar compuestos de múltiples sustancias químicas. Para garantizar la calidad del recubrimiento y mejorar la uniformidad y el espesor del recubrimiento, el polvo metálico mencionado anteriormente y el activador correspondiente generalmente se agregan en lotes con un intervalo de 3 a 5 minutos. Después de agregar los materiales, intensifique el impacto durante 5 a 10 minutos para hacer que la estructura del recubrimiento sea más uniforme y densa, y finalmente forme el recubrimiento requerido. La proporción de activador depende del tiempo de resistencia a la niebla salina, el espesor del recubrimiento, la estructura de la pieza de trabajo, las propiedades de la superficie y otros requisitos.
La dirección actual de mejora y desarrollo del proceso de galvanoplastia mecánica es principalmente alear polvos metálicos, encontrar dispersantes eficientes, mejorar la densidad, el brillo y la eficiencia de la galvanoplastia, reducir costos y básicamente extender el tiempo de resistencia a la corrosión.
3 Características de rendimiento del recubrimiento
El recubrimiento mecánico es un recubrimiento compuesto por partículas metálicas planas uniformes, como se muestra en la Figura 2. Se puede dividir en dos categorías según el espesor del recubrimiento: ¿una es 25,4-88,9? m, llamado MG (galvanizado mecánico), puede reemplazar los productos de revestimiento por inmersión en caliente, el otro es inferior a 25,4? m, llamado MP (revestimiento mecánico), puede reemplazar los productos galvanizados. Las propiedades de estos dos recubrimientos son esencialmente las mismas, pero difieren en espesor y selección. Las características del recubrimiento mecánico son: la apariencia del recubrimiento es uniforme de color blanco plateado, pero el color no es tan bueno como el de la galvanoplastia y hay pequeñas manchas desiguales, el recubrimiento tiene buena uniformidad, adhesión y capacidad de recubrimiento; Esto es especialmente importante para algunas piezas de trabajo con agujeros, ranuras y roscas profundos; la resistencia a la corrosión del recubrimiento es buena, generalmente medida mediante la prueba de niebla salina neutra. La Figura 2 es la morfología de la superficie de la capa galvanizada mecánica tradicional que preparé con polvo de zinc de horno eléctrico de malla 325. Algunas partículas de polvo de zinc en el recubrimiento cambiaron de esféricas a elipsoidales, y las partículas de polvo de zinc más grandes tuvieron una mayor tendencia a la deformación plástica. Las partículas más pequeñas llenan los espacios entre partículas más grandes o quedan intercaladas entre partículas deformadas. La Figura 3 es la morfología de la superficie de la capa mecánica de zinc II preparada por el autor utilizando polvo de zinc en escamas. Se descubrió que la actividad del polvo de zinc en escamas mejoraba significativamente y se mejoraba la eficiencia de la galvanoplastia. La planitud de la superficie del recubrimiento mejora significativamente y el polvo de zinc en escamas se apila capa por capa para formar un recubrimiento densamente dispuesto. El brillo también mejora significativamente y el efecto de pasivación es mejor que el del recubrimiento I. Utilice agua desionizada para preparar una solución de cloruro de sodio al 5 % y realice una prueba de niebla salina neutra a 35 °C. El recubrimiento II no presenta óxido rojo durante 1000 horas, lo cual se acerca al recubrimiento Dacromet de galvanización mecánica de larga resistencia a la corrosión reportado en la literatura nacional.
Las dos imágenes muestran que hay finas conexiones de lana entre las partículas, que es el efecto de unión del metal inerte, soldado con partículas de polvo de zinc o mezclado con otras inclusiones para llenar los espacios y formar un recubrimiento mecánico. Dado que a la galvanización mecánica se agregan iones metálicos M2+ con un potencial más correcto que el zinc metálico, se producirá una reacción química en el ambiente del baño de revestimiento ácido: M2++Fe→Fe2+ 10m, y el M generado aparecerá en el polvo de zinc en el forma de una superficie de partículas de pincel fino. La generación de M provocará cambios en la carga superficial de las partículas y recubrimientos de polvo de zinc, promoviendo la adsorción mutua entre ellos. Además, M, como nueva fase, se adhiere fácilmente a las partículas de polvo de zinc y se nuclea y crece, lo que promoverá la aglomeración y adsorción de las partículas de polvo de zinc.
Figura 2 Topografía SEM (2000×) I de superficie galvanizada mecánicamente Figura 3 Topografía SEM (2000×) II de superficie galvanizada mecánicamente
Desarrollo de la tecnología de galvanoplastia mecánica, Situación actual y tendencias
La investigación sobre la galvanoplastia mecánica comenzó en la década de 1950. En 1953, la American Peenplate Company obtuvo su primera tecnología patentada. En la década de 1960, la galvanoplastia mecánica comenzó a utilizarse en la producción industrial. Pero en ese momento, se limitaba a galvanizar piezas pequeñas como arandelas, juntas, resortes, etc. El tiempo de revestimiento era largo y la eficiencia baja. La tasa de utilización del polvo de zinc es sólo del 20% al 30%. Desde finales de los años 1970 hasta los años 1980, con la mejora de la tecnología y la mejora del rendimiento del activador, la galvanización mecánica se utilizó ampliamente para galvanizar diversas piezas metálicas, como pernos, tuercas, clavos, clavos de cemento, accesorios de tuberías de hierro maleable, etc. Al mismo tiempo, se acorta el tiempo de recubrimiento y se mejora significativamente la eficiencia. Con la moderna tecnología de galvanoplastia mecánica, el tiempo de galvanoplastia se acorta aún más, la tasa de utilización del polvo metálico puede alcanzar el 90-95%, todo el proceso puede completarse en 30-4 minutos y el espesor se puede ajustar arbitrariamente entre 10-100 μm. Los países extranjeros tienen procedimientos de galvanoplastia mecánica especialmente formulados, como la norma estadounidense ASTM B635, norma para recubrimientos de cadmio y aleaciones de estaño depositados mecánicamente en superficies de acero; b695, norma para recubrimientos de zinc depositados mecánicamente en superficies de acero; Recubrimientos sobre superficies de acero. En la actualidad, la tecnología extranjera de galvanoplastia mecánica ha evolucionado desde la simple galvanización mecánica hasta el recubrimiento de cadmio, estaño, cobre, plata, plomo, bismuto, indio y otros metales, así como aleaciones de latón, cadmio, estaño, estaño-cinc y zinc-cadmio. Esto mejora aún más el rendimiento del recubrimiento y proporciona una gama más amplia de aplicaciones.
La investigación en mi país sobre galvanoplastia mecánica comenzó a mediados y finales de los años 1980. Pero se limita principalmente al galvanizado mecánico y su rango de aplicación es muy pequeño en comparación con países extranjeros. La razón principal es que no hay una comprensión suficiente del recubrimiento opaco formado por la galvanoplastia mecánica y una comprensión incorrecta de la excelente fragilización por hidrógeno producida por el revestimiento no electrolítico y el recocido a alta temperatura producido por la galvanización en caliente. Aunque mi país promulgó la norma ministerial para el galvanizado mecánico de productos de acero en 1999, el proceso de galvanizado mecánico todavía es poco común entre las empresas de procesamiento de piezas mecánicas de mi país y se distribuye principalmente en el procesamiento de exportaciones costeras como Zhejiang, Shandong, Fujian, Shanghai, y Jiangsu para las empresas, el recubrimiento es solo una capa galvanizada de un solo componente y el espesor del recubrimiento procesado suele estar entre 20 y 60 micrones. La composición, el acabado superficial, la pasivación y la resistencia a la corrosión de recubrimientos ultrafinos con un espesor de recubrimiento de menos de 10 micrones y recubrimientos ultragruesos con un espesor de recubrimiento de 60-110 micrones son el foco de futuras investigaciones. Se cree que con la creciente internacionalización de la industria de procesamiento mecánico de mi país, las necesidades de construcción de infraestructura de mi país y el fortalecimiento de la conciencia ambiental, los productos de galvanoplastia mecánica reemplazarán gradualmente algunos productos de galvanoplastia y galvanización en caliente. La galvanización mecánica tiene las características de menor contaminación, bajo consumo de energía, recubrimiento uniforme, fácil control del espesor, ausencia de fragilidad, proceso simple, fácil operación, buenas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, y tiene amplias perspectivas de desarrollo.