Los revestimientos de zinc-níquel se utilizan mucho por sus excelentes propiedades anticorrosión. Para la calidad de estos y otros revestimientos metálicos es crucial que la composición del baño galvánico se mantenga dentro de un estrecho margen de tolerancia. Sólo así se consiguen las propiedades de recubrimiento deseadas. La medición en línea mediante el análisis de fluorescencia de rayos X es el método ideal para la supervisión y el control eficaces del baño.
Los baños galvánicos están sujetos a fluctuaciones relacionadas con el proceso, que pueden tener una influencia considerable en el comportamiento de deposición y el espesor de recubrimiento resultante. Para controlar mejor el proceso de deposición y evitar rechazos excesivos, las soluciones de baño deben supervisarse periódicamente analizando la solución con la mayor frecuencia posible. En el caso de un baño galvánico con solución de zinc-níquel, es conveniente realizar al menos cuatro análisis de baño de zinc-níquel por hora. Para ello, la concentración de metal del baño se ha comprobado hasta ahora manualmente en el laboratorio de la empresa, por ejemplo mediante química húmeda, espectrometría de absorción atómica (AAS) o espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES).
Fluorescencia de rayos X como tecnología clave para el análisis de baños
Sin embargo, dado que los métodos de medición manual mencionados requieren mucho tiempo y dinero, los controles de los baños sólo suelen realizarse una o dos veces al día, lo que impide alcanzar la frecuencia deseada. Debido al tiempo que transcurre entre el muestreo y la comprobación, tampoco es posible controlar el baño en tiempo real. La automatización de la medición no sólo hace que el proceso de prueba sea mucho más eficaz en muchos aspectos, sino que también garantiza una calidad constante del producto.
En principio, los procesos de análisis químico pueden automatizarse. Sin embargo, debido a la alta carga de sal y a la agresividad de los baños de zinc-níquel, el método de medición por fluorescencia de rayos X es el preferido para la automatización, ya que no requiere ninguna preparación adicional de la muestra en comparación con los otros métodos.
Control de calidad en línea automatizado para soluciones electrolíticas
El Grupo Helmut Fischer, especialista en tecnología de medición líder del mercado para la medición del espesor de recubrimientos y el análisis de materiales, ha desarrollado una solución para estos retos. En combinación con el potente y probado software WinFTM, el analizador de líquidos Fischerscope XAN cumple todos los requisitos para el análisis en línea de soluciones de baños galvánicos (Fig. 1).
Fig. 1: Analizador de líquidos Fischerscope XAN
El dispositivo de medición XRF inline totalmente automatizado analiza la concentración de metal de hasta cuatro baños galvánicos de forma continua y con alta precisión. Los resultados de medición se muestran en la pantalla táctil y todo el sistema de medición se controla de forma centralizada. La calibración también es totalmente automática. El analizador de líquidos Fischerscope XAN no sólo es adecuado para controlar baños de cinc-níquel, sino también para controlar otros baños galvánicos de cinc, níquel, oro, cromo, rodio o paladio.
Bajo mantenimiento gracias a la innovadora célula de medición
El componente clave del dispositivo de medición en línea es la célula de medición. Se trata de una robusta célula de flujo que ha sido especialmente desarrollada por la propia empresa para las temperaturas, valores de pH, cargas de sal, disolventes y cargas de partículas típicas del proceso. Fabricada con materiales especialmente resistentes, la célula de medición resulta ser especialmente duradera.
Fig. 2: Equipado con cuatro células de medición, cada una con entradas y salidas independientes
En un ensayo realizado en condiciones controladas de laboratorio con una solución típica de zinc-níquel, se alcanzó una vida útil de la célula de medición de más de un año. Sin embargo, la vida útil puede variar, ya que depende, entre otras cosas, de la frecuencia de los ciclos de enjuague y limpieza, de la composición de los baños de recubrimiento y de sus temperaturas, así como de las condiciones ambientales(Fig. 2).
Equipado con cuatro células de medición, cada una con entradas y salidas independientes
El equipamiento de serie del dispositivo de medición con cuatro células de medición en línea y entradas y salidas separadas permite disponer de una célula de medición independiente para cada baño galvánico que se desee supervisar. Esto simplifica considerablemente la alimentación del baño, elimina la necesidad de válvulas y evita la contaminación cruzada. Además, los materiales de los componentes de cada canal pueden adaptarse especialmente al electrolito del cliente si así se requiere.
Para flujos de trabajo fluidos en el proceso de producción
El analizador de líquidos Fischerscope XAN se conecta al baño galvánico directamente a través de una bomba de baño en el lado del aparato o a través de un conducto anular en el lado del cliente. En cuanto la solución a analizar se introduce en la célula de medición de flujo continuo del aparato, el contenido de metal se comprueba de forma totalmente automática mediante la medición por fluorescencia de rayos X. Los valores medidos se visualizan en tiempo real. Los valores medidos se muestran en tiempo real en una pantalla (HMI) o se exportan directamente al sistema de control superior a través de un acoplador de bus de campo. La particularidad es que los datos de medición pueden visualizarse simultáneamente en otros monitores externos, por ejemplo, directamente en el baño galvánico. De este modo, el operador de la instalación siempre tiene a la vista los valores de medición actuales y puede reaccionar rápidamente en caso de desviaciones, incluso si el dispositivo de medición se encuentra en una sala separada (fig. 3).
Rendimiento de medición líder en el mercado
Para comparar una medición XRF con un análisis químico húmedo clásico (valoración), se realizaron mediciones en un baño típico de zinc-níquel utilizando ambos métodos. Un baño típico de zinc-níquel consta de 5-15 g/L de zinc y 0,5-2 g/L de níquel. A partir de 10 mediciones realizadas con el analizador de líquidos Fischerscope XAN con un tiempo de medición de 10 s cada una, los resultados de las mediciones de la concentración de zinc y de la concentración de níquel se muestran en las figuras 4 y 5.
Fig. 4: Resultados de la medición de la concentración de cinc, determinada por titulación y medida con el analizador de líquidos Fischerscope XAN.
Fig. 5: Resultados de la medición de la concentración de níquel, determinada por titulación y medida con el analizador de líquidos Fischerscope XAN.
Los resultados de las mediciones de la concentración de cinc y níquel concuerdan estrechamente entre sí. La determinación de la concentración de metal de un baño galvánico mediante medición XRF es, por tanto, muy comparable a la titulación en términos de precisión de la medición.
Para seguir demostrando el comportamiento de medición de alto rendimiento del dispositivo de medición XRF en línea, se realizó otra serie de mediciones en el baño de zinc-níquel durante un período de 48 horas utilizando el analizador de líquidos Fischerscope XAN. Los resultados de las mediciones se muestran en las figuras 6 y 7.
Fig. 6: Resultados de las mediciones de la concentración de zinc, efectuadas con el analizador de líquidos Fischerscope XAN durante un período de 48 horas.
Fig. 7: Resultados de la medición de la concentración de níquel, medida con el analizador de líquidos Fischerscope XAN durante un período de 48 horas.
Los resultados demuestran que el nuevo analizador de Helmut Fischer ofrece una repetibilidad muy buena. Con un tiempo de medición de 10 s por medición, se determinó un valor medio de 6,82 g/L para la concentración de cinc, con un coeficiente de variación de sólo el 0,26 %. Para la concentración de níquel, se determinó un valor medio de 1,26 g/L y un coeficiente de variación de 0,71 % con un tiempo de medición de 10 s por medición. Esto significa que el baño de cinc-níquel se encuentra dentro de las tolerancias especificadas, como se muestra en la Tabla 1.
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Zinc |
Níquel |
|
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Valor medio [g/L] |
6,82 |
1,26 |
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Desviación típica [g/L] |
0,018 |
0,009 |
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Coeficiente de variación [%] |
0,26 |
0,71 |
El analizador de líquidos Fischerscope XAN demuestra ser una solución muy adecuada para el control eficaz en línea de las concentraciones de metales en los baños galvánicos. El aparato de medición XRF no sólo destaca por su elevada precisión de medición y repetibilidad de los resultados de medición. El análisis continuo y totalmente automatizado de hasta cuatro baños galvánicos mediante cuatro celdas de medición independientes y duraderas elimina la necesidad de realizar comprobaciones manuales puntuales que requieren mucho tiempo y dinero. Los datos de medición se suministran en tiempo real, lo que agiliza considerablemente el control de calidad en las plantas de galvanoplastia y lo hace mucho más económico. Esto permite a las empresas galvánicas garantizar la alta calidad constante de sus revestimientos galvánicos.
