Pregunta: Desde hace años, recibimos metales no ferrosos pulidos mecánicamente que niquelamos y cromamos en un sistema de bastidor. La capa de níquel de alto brillo es de unas 20 µm, mientras que la capa de cromo tiene un grosor habitual para este fin. El proceso se ha ido perfeccionando a lo largo de los años. Aparte de que hace unos dos años cambiamos a un electrolito de cromo (III), no ha habido cambios significativos.
Hace aproximadamente un año empezaron una serie de quejas con las que seguimos lidiando hoy en día. Se trata de problemas masivos de adherencia. El recubrimiento de níquel se está descascarillando en grandes áreas, sobre todo en las zonas muy visibles de las piezas. Tanto nuestro cliente como nuestro proveedor de productos químicos afirman que no han cambiado nada, y nosotros tampoco podemos detectar ningún cambio en nuestros parámetros. El pretratamiento se renovó completamente varias veces, se analizó el electrolito de níquel, se limpió e incluso se volvió a aplicar entretanto. Sin embargo, no hubo ninguna mejora. ¿Qué opciones ve para encontrar y eliminar la causa?
Respuesta: Es bien sabido que la mayoría de los problemas, sobre todo de adherencia, provienen del pretratamiento. En la tecnología de galvanoplastia, se habla de entre un 60 y un 80 %. Sin embargo, siempre se plantea la cuestión de hasta qué punto un pretratamiento clásico puede o debe ser capaz de eliminar los problemas relacionados con el material y el estado de la superficie. Se trata sobre todo de problemas que el departamento de galvanoplastia desconoce porque no son visibles en la superficie. Además, seguro que ha perfeccionado su proceso hasta un cierto estado inicial. El uso de productos químicos, tiempos y temperaturas se ha optimizado a lo largo de los años, lo que tiene un efecto positivo en el rendimiento y los costes. Sin embargo, el problema de estas optimizaciones es que ya no ofrecen resultados suficientes en todas las condiciones de la superficie. Cuanto mayores son las fluctuaciones del estado inicial, más frecuentes son las reclamaciones. Sencillamente, en este caso un proceso se ha sobreoptimizado y ya no es capaz de electrodepositar suficientemente una gama normal de superficies.
En sentido figurado, se puede considerar como una balanza en la que los distintos parámetros, en función de su ponderación, hacen que la balanza se incline en la dirección de "OK" o "no OK". O.". En el peor de los casos, tenemos un péndulo físico que, cuando está levantado, ya no podemos saber hacia dónde caerá en cuanto lo soltemos. Se encuentra en un estado de máxima sensibilidad y cada pequeña cosa puede decidir si el resultado será bueno o malo.
Puesto que hablas de metales no ferrosos (Fig. 1), debemos suponer que se trata de diferentes aleaciones de cobre y no de una aleación específica que cause problemas. Además, no indica si una de estas aleaciones es especialmente llamativa. En general, sólo podemos ofrecer información muy general. Por lo tanto, tendrá que realizar usted mismo algunas investigaciones para encontrar las causas. Intentaremos evaluar los parámetros individuales de forma aproximada en función de la probabilidad para que pueda dar prioridad a las investigaciones posteriores.
Aleaciones
No es muy probable, pero tampoco del todo imposible, que algo haya cambiado fundamentalmente en todas las aleaciones, sobre todo si es posible que la causa del problema sea predominantemente una aleación concreta que nunca se ha examinado más de cerca.
Seguramente recibirá del cliente un gran número de artículos diferentes, pero en su mayoría están fabricados con el mismo material. Nuestra experiencia demuestra que es posible que el cliente no se lo comunique correctamente a la empresa de galvanización. Por lo tanto, no se puede saber con certeza si se trata de aleaciones diferentes o no. Los planos, si los hay, o los documentos de pedido pueden indicar simplemente "latón" o "bronce", pero es una descripción inadecuada.
Es importante aclararlo. Además, el cliente debe facilitar información sobre si entretanto se ha cambiado de proveedor. Hay que tener en cuenta toda la cadena de procesos, desde la fundición en adelante. Es posible que pueda obtener información de la fundición sobre la composición pertinente.
Aunque reciba la información, debe realizar una comprobación cruzada a la recepción de la mercancía, preferiblemente mediante el método de fluorescencia de rayos X. De este modo, puede obtener rápidamente información sobre si realmente está recibiendo lo que especifica el cliente.
Si dispone de datos suficientes, puede compararlos con las piezas "n. i. O." y comprobar si los problemas se limitan a un determinado tipo de aleación o a una aleación específica. Si es así, habrá que investigar más a fondo la composición química y las propiedades físicas para determinar si existen propiedades inusuales. También es posible que la aleación y las propiedades estén dentro del rango normal, pero que las "optimizaciones" de su proceso no proporcionen suficiente fiabilidad al proceso para este material.
Puede ser útil reconsiderar y ajustar los cambios en los parámetros específicos del proceso para asegurarse de que también son adecuados para los requisitos particulares de esta aleación. Pueden ser necesarios pasos adicionales en el pretratamiento o cambios en los parámetros de revestimiento para solucionar los problemas de adherencia.
Esto requiere tiempo, esfuerzo y, en última instancia, comunicación. La experiencia ha demostrado que esto ya ha resuelto algunos problemas "por sí solo", ya que todos los implicados han sido sensibilizados antes de la galvanoplastia.
Influencias en el estado de la superficie
Todas las fases del proceso influyen en el estado de la superficie. Esto se aplica a las operaciones de mecanizado como el torneado, el fresado, el rectificado, el raspado, el cepillado, etc., el tratamiento térmico, el conformado y, por supuesto, el pulido (Fig. 2), que parece ser el último paso antes de la galvanoplastia. No debe ignorarse la interacción con una aleación modificada. Un mayor contenido de plomo, por ejemplo, puede provocar un emborronamiento masivo, lo que dificulta la galvanoplastia o, al menos en los procesos que no están diseñados para ello, la hace imposible.
Fig. 2: Robot pulidor de metales en una empresa italiana (Foto: stock.adobe.com/Giovanni Burlini)
Nuestra experiencia demuestra que las empresas mecánicas se preocupan por cumplir las especificaciones del plano. No prestan atención a la galvanizabilidad. Esto significa que aquí los parámetros pueden cambiar masivamente sin que se tengan en cuenta los efectos sobre un posible revestimiento, ya que el resultado cumple los requisitos del plano. Además de las dimensiones, esto incluye también la rugosidad y el nivel de brillo.
En función del proceso, los parámetros modificados pueden incluir la velocidad de avance, la presión de contacto, los tiempos, las temperaturas, los lubricantes, las velocidades, etc. Para el procesador mecánico, el objetivo es aumentar la eficacia. A menudo ni siquiera se dan cuenta de que esto también cambia el estado de la superficie. Esto puede tener efectos muy diferentes en la superficie. Una capa de Beilby más gruesa [1], una capa de óxido mucho más gruesa en general, superficies más densas, solapamientos, grietas, poros, suciedad incrustada y mucho más. Por desgracia, estas posibles causas son difíciles de reconocer incluso en la micrografía; en algunos casos ni siquiera son detectables. Esto se debe a que la causa de los problemas de adherencia a menudo se ha eliminado o al menos ocultado durante el tratamiento previo. Además, es difícil señalar el punto exacto en el que la causa del problema se hace visible al analizar los materiales.
Un método sensato, pero que requiere mucho tiempo, es tomar suficientes muestras de retención para poder hacer una comparación directa más adelante. Sin embargo, dependiendo del índice de reclamaciones, esto no suele ser posible con unas pocas piezas. A esto hay que añadir los elevados costes de las microsecciones y el SEM, por lo que muchas empresas de galvanotecnia se muestran reacias a realizar este tipo de análisis. Sin embargo, por regla general, estos costes son mucho menores que las reclamaciones posteriores.
Pulido
Como éste es el último paso mecánico antes de la galvanoplastia y la experiencia ha demostrado que aquí pueden producirse algunos errores, nos gustaría analizar el pulido por separado.
Al igual que los abrasivos, los polvos de pulido también pueden mezclarse con grasas y ceras, etc., y transformarse en cuerpos moldeados, que luego se utilizan como pastas de pulido. Básicamente, las pastas de esmerilado y pulido, es decir, los moldes sólidos aglomerados, se utilizan exclusivamente para esmerilar o pulir a mano. En algunos casos, las pastas sólidas también se utilizan con éxito en máquinas automáticas con ayuda de alimentadores de pasta. En cambio, las emulsiones de pulido se utilizan exclusivamente en máquinas automáticas (Fig. 2).
En algunos casos, las pastas sólidas también se utilizan con éxito en máquinas automáticas con ayuda de alimentadores de pasta.
Las emulsiones de pulido son líquidos más o menos viscosos compuestos principalmente de aceites, grasas, polvos de pulido y agua. Esta mezcla se prepara en emulsiones propiamente dichas con ayuda de emulsionantes. Estas emulsiones se aplican a intervalos sobre el disco o la superficie metálica mediante pistolas pulverizadoras con control electroneumático. La dosificación puede ser más precisa que con la aplicación manual o con dispositivos de alimentación para pastas sólidas.
Además de las pastas de esmerilado y pulido convencionales, también existen en el mercado las llamadas pastas hidrosolubles. En sentido estricto, el término "soluble en agua" no es del todo correcto, ya que todos los polvos de esmerilado y pulido no son solubles ni en disolventes orgánicos ni en limpiadores inorgánicos. El término "soluble en agua" significa simplemente que la suciedad de pulido -comparable al jabón- puede emulsionarse y eliminarse en agua, preferiblemente agua caliente [2][3].
Durante el lijado, cepillado y pulido se pueden alcanzar temperaturas de hasta 1.000 °C.
Mientras que la parte inorgánica -los polvos de esmerilado y pulido- es absolutamente resistente a las temperaturas que se producen durante el esmerilado y el pulido y no cambia, la parte orgánica, es decir, los aglutinantes compuestos por grasas y ceras, es sensible al calentamiento excesivo. Estas sustancias orgánicas empiezan a descomponerse o a arder a determinadas temperaturas. Esto suele dar lugar a la formación de compuestos ricos en carbono que ya no son solubles, o al menos parcialmente insolubles, en disolventes orgánicos, y mucho menos en agua o limpiadores inorgánicos o alcalinos, y a veces incluso en ácidos. Por lo tanto, si el esmerilado o pulido es demasiado brusco o demasiado caliente, la parte orgánica tanto de la pasta que contiene grasa como de la pasta soluble en agua puede reaccionar y quemarse durante el proceso de esmerilado o pulido. Como las superficies metálicas se reblandecen a temperaturas de trabajo relativamente altas, la parte orgánica quemada puede rodar por la superficie [4].
Cualquier especialista debería tener claro que una superficie de este tipo ya no puede limpiarse correctamente, ya que la suciedad se "plancha" en la superficie. Tales defectos superficiales deberían ser claramente visibles al microscopio con un aumento suficiente.
Protección contra la corrosión y almacenamiento
A menudo surgen problemas debido a los agentes de protección contra la corrosión y a los tiempos de almacenamiento o conservación. El benzotriazol (BTA) se utiliza a menudo como agente anticorrosivo temporal para metales no férreos y plata. Esto no suele plantear problemas en los talleres de galvanoplastia, ya que el BTA puede eliminarse fácilmente mediante ácidos y desengrase anódico en particular.
En cambio, cambiar el agente de protección contra la corrosión puede acarrear grandes problemas, ya que a menudo los nuevos desarrollos sólo se prueban para comprobar la longevidad y durabilidad de dichas moléculas, pero no si las superficies pueden galvanizarse posteriormente.
Por supuesto, también puede ocurrir lo contrario. Una protección anticorrosión inadecuada, unas condiciones de almacenamiento deficientes y unos tiempos de almacenamiento prolongados pueden provocar corrosión, aunque ésta no siempre sea visible. Una posible consecuencia sería que su proceso "optimizado" ya no es capaz de eliminar las capas de óxido algo más finas, lo que puede dar lugar al patrón de error mencionado. Es posible que en el pasado no se utilizaran procesos de decapado porque el estado de la superficie era muy bueno, posiblemente también porque la mercancía no se almacenaba en absoluto y se enviaba directamente al taller de galvanoplastia. Si el cliente no utilizó un agente anticorrosivo durante ese tiempo precisamente por estos motivos, pero ahora la mercancía se almacena sin la protección adecuada, es muy posible que ésta sea la causa de sus problemas.
Tratamiento previo
Como ya ha señalado, se tomaron numerosas medidas de pretratamiento sin que se solucionara el problema. Esto podría indicar que la causa no es el pretratamiento en sí, sino que puede que ya no proporcione un revestimiento seguro para el proceso del material suministrado.
Hoy en día, las optimizaciones se centran sobre todo en los costes y menos en la fiabilidad del proceso. En concreto, se "optimizan" los parámetros que desestabilizan el proceso. Se baja la temperatura, se reduce la concentración, se sustituyen componentes o incluso se omiten por completo. Desgraciadamente, estas medidas suelen dar lugar a que se certifique la capacidad del proceso tras un breve periodo de tiempo sin tener en cuenta los efectos a largo plazo. Esto resulta especialmente problemático si el estado inicial del material es "perfecto" en el momento de los cambios. Si el péndulo oscila en la otra dirección, las medidas adoptadas ya no pueden compensar tales fluctuaciones.
Con la esperanza de que todos los cambios del proceso hayan quedado bien documentados, recomendamos revisar críticamente la lista de optimizaciones realizadas en los últimos años. Un paso radical podría ser invertir todos los cambios y comprobar si, como resultado, se puede estabilizar el proceso.
Por supuesto, también es posible lo contrario: se añaden sustancias, a veces incluso sin la documentación correspondiente. Un ejemplo concreto sería el silicato sódico, que se añade a las soluciones desengrasantes porque tiene una gran capacidad de arrastre de suciedad y, al mismo tiempo, protege los metales no férreos del ataque de los hidróxidos. Es bastante habitual que este agente se eche en el sistema de desengrase siguiendo el principio de "mucho ayuda mucho". A pesar de todas las ventajas, esto tiene el inconveniente de que los silicatos se depositan en la superficie y ya no se eliminan lo suficiente. Esto puede requerir un agente de decapado o decapado que contenga flúor, que en el pasado puede haber sido sustituido por un agente de decapado de ácido clorhídrico o sulfúrico más rentable.
Un problema relacionado con los agentes de pulido modificados o los parámetros modificados durante el pulido puede surgir durante el desengrase. Durante el esmerilado, cepillado y pulido se pueden alcanzar temperaturas de hasta 1000 °C. El calor resultante se disipa mediante sustancias grasas o sintéticas. En el pasado, las pastas de esmerilado y pulido solían contener grasas animales saponificables, como el sebo de vacuno. Hoy en día, por razones de coste, suelen diluirse con hidrocarburos insaponificables, sólo emulsionables, a base de parafina. Sin embargo, el ahorro en la compra de pastas suele pagarse con un aumento de los costes de pretratamiento. A temperaturas de procesamiento más elevadas o tiempos de almacenamiento más largos de las piezas, los residuos de pasta pueden endurecerse debido a la oxidación o polimerización y dificultar su eliminación.
Las emulsiones líquidas o pastosas de esmerilado o pulido suelen contener emulgentes o dispersantes solubles en aceite, que pueden mermar la eficacia de algunas sustancias tensioactivas contenidas en las soluciones desengrasantes. Para evitar la separación de las emulsiones líquidas de lijado y pulido durante largos periodos de almacenamiento, se suelen añadir compuestos de alto peso molecular para aumentar la viscosidad. Éstos pueden dificultar el aclarado con agua y provocar brumas o nubes durante la galvanoplastia posterior. En el peor de los casos, pueden incluso provocar problemas de adherencia.
Aclarado
Otra causa común, que puede incluso interactuar con los desencadenantes potenciales mencionados anteriormente, como el silicato sódico, es el aclarado. Los problemas de este tipo se producen, por ejemplo, cuando se "optimizan" los pasos de aclarado, no se suele cumplir el criterio de aclarado o el agua de circulación deja de tener la calidad requerida. Aunque esto último se controla a través de la conductividad, hay impurezas que no afectan a la conductividad. Un ejemplo de ello son numerosos compuestos orgánicos que se acumulan temporalmente en los intercambiadores de iones y luego se liberan en el proceso de aclarado.
Los sistemas envejecidos sufren de infestación bacteriana, especialmente en la zona del fregadero. Según el tipo de bacterias y su concentración, pueden causar graves problemas en el revestimiento. Un lugar predilecto para las bacterias, por ejemplo, es la unidad de transferencia cruzada, que rara vez se limpia y se sustituye por completo debido a su volumen. Algunas bacterias son incluso capaces de oxidar el cobre, lo que en este caso podría llevarlas a introducir una superficie pasiva en el electrolito de níquel [5]. Dependiendo del sistema y del control, el efecto se intensifica por el hecho de que algunos soportes de productos tienen un tiempo de permanencia más largo en el sumidero antes del niquelado. En casos límite, puede que incluso la activación directamente antes del electrolito de níquel ya no sea suficiente.
Electrolito de níquel
Como usted ha declarado que el electrolito de níquel se ha preparado recientemente, podría suponerse que éste no es el origen del problema. Sin embargo, no sólo hay que tener en cuenta la composición química y la pureza.
La limpieza del recipiente, de las varillas anódicas y de los propios ánodos también desempeña un papel importante en las nuevas preparaciones. Lo mismo se aplica a los filtros y posiblemente a otras bombas, a la inyección de aire y a la limpieza selectiva, siempre que ésta esté conectada directamente al electrolito. Todo lo que tenga que ver con el suministro de energía puede causar problemas que pueden dar lugar a una superficie pasiva y, por tanto, a problemas de adherencia, por ejemplo. Esto se aplica no sólo a los ánodos en cuestión, sino también a las barras catódicas, la fuente de alimentación, el rectificador y, por supuesto, los bastidores.
Si se etiquetan los bastidores y los soportes del producto, se puede averiguar rápidamente si son más propensos a causar los problemas mencionados. Un indicio de problemas con los ánodos podría ser la distribución de las piezas "n. i. O." en el portaproductos. Además, si hay varias estaciones, debe prestarse atención a si las piezas problemáticas proceden siempre de una o varias estaciones concretas.
Incluso si no es el caso, debería hacer comprobar todos los rectificadores por el fabricante, así como el control del sistema. Hay que comprobar siempre si los valores indicados son realmente correctos, aunque se correspondan con lo esperado.
En cuanto a la composición química, conocemos casos en los que no se ha modificado la química en sí, pero sí su concentración. Puede ocurrir que ahora le suministren una versión más concentrada del aditivo de brillo, pero esto no se ha comunicado. La sobredosificación masiva también conduce al patrón de error antes mencionado, y los problemas también pueden estar relacionados con los intervalos de dosificación y el tipo de dosificación. Esto puede ocurrir sobre todo si los empleados nuevos y, por tanto, inexpertos, dosifican manualmente en el punto equivocado o incluso en las concentraciones equivocadas. También debería aprovechar esta oportunidad para comprobar si los nuevos empleados han estado trabajando en el sistema desde que empezaron los problemas. Nunca debe descartarse el factor humano a la hora de solucionar problemas.
Otras consideraciones
Al igual que ocurre con el electrolito de níquel mencionado anteriormente, la pasivación también puede producirse en un proceso de desengrase electrolítico. Esto es bastante raro, pero no debe ignorarse.
También pueden producirse errores si los bastidores se cargan sin guantes. En algunos casos, la transpiración de las manos puede ser el origen de los problemas mencionados.
Un problema común son las causas múltiples que pueden conducir al mismo resultado indeseable. Por ejemplo, una combinación de sobredosificación y mal contacto o un material crítico y bacterias. Cuando se investigan las causas, se tiende a adoptar un enfoque gradual para aislar y corregir el problema. Sin embargo, si se acumulan varias causas y transcurre tiempo entre una medida y otra, resulta casi imposible resolver el problema. En tal caso, no queda más remedio que realizar un reinicio completo. Esto significa que el sistema se vacía, limpia y revisa por completo antes de reiniciarlo para garantizar que se han eliminado todos los posibles factores perturbadores mencionados anteriormente. Esto, por supuesto, requiere la anulación de todas las optimizaciones que pudieran repercutir en la calidad.
Bibliografía
[1] El misterio de la capa Beilby; Galvanotechnik (2023), 7
[2] Tecnología práctica de galvanoplastia; ISBN 978-3-87480-277-2; Eugen G. Leuze Verlag
[3] Ensayo de medios de pulido, lapeado y rectificado; ISBN 3-87480-074-1; Eugen G. Leuze Verlag
[4] Manual de esmerilado y pulido; ISBN 3-87480-021-0; Eugen G. Leuze Verlag
[5] Tratamiento microbiológico de las aguas residuales de la industria metalúrgica y recuperación de metales pesados; Galvanotechnik (2000), 10
