Imprimir Metodologia.docx

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD: MECANICA ESCUELA: ING. INDUSTRIAL METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÒN TEMA: " MEJORAMIENTO DEL ACABADO SUPERFICIAL DE PIEZAS PEQUEÑAS MEDIANTE EL PROCESO DE MANUFACTURA DE NIQUELADO PARA EVITAR LA OXIDACIÓN Y EL DESGASTE DE LOS MATERIALES” EN EL LABORATORIO DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES DE LA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL DE LA ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO DURANTE EL AÑO 2015.

1. DATOS GENERALES: NOMBRES: PABLO TADAY LUIS PAZMIÑO PEDRO TZAQUIMBIO JHONNY CUASQUER

GRUPO No.05 FECHA DE REALIZACIÓN: 2015/12/10 ING. MSC. LIGIA E. MORENO PINDUISACA

FECHA DE ENTREGA: 2015/12/11

SECCIÓN 1: Contextualización de la Investigación A) Situación problémica En el mundo de los metales su principal problema al que están expuestos es la oxidación y la corrosión que existe en el medio ambiente que es provocado mediante agentes físicos y químicos. Para ello existen los tratamientos superficiales que son revestimientos del material que se emplean para recubrir superficies para obtener características como resistencia al desgaste o a la corrosión, o para reconstruir piezas. La Corrosión es la causa general de la destrucción de la mayor parte de los materiales naturales o fabricados por el hombre. Si bien esta fuerza destructiva ha existido siempre, no se le ha prestado atención hasta los tiempos modernos, con el avance de la tecnología. El desarrollo de la industria y el uso de combustibles, en especial el petróleo, han cambiado la composición de la atmósfera de los centros industriales y grandes conglomerados urbanos, tornándola más corrosiva. La corrosión de los metales constituye una de las pérdidas económicas más grande de la civilización moderna. La rotura de los tubos de escape y silenciadores de los automotores; el cambio continuo de los serpentines de los calefones domésticos; roturas de los tanques de almacenamiento y tuberías de conducción de agua; el derrumbe de un puente; la rotura de un oleoducto que transporta crudo (aparte del costo que acarrea el cambio del mismo hay que tener en cuenta el problema de contaminación del petróleo derramado, que muchas veces es irreversible, así como también el paro de la refinería). La corrosión está ligada en la industria a problemas tanto de seguridad como económicos. Los ingenieros son en la mayoría de los casos los responsables de minimizar los costos y los riesgos de la corrosión en muchos ámbitos: aviones, plantas generadoras de energía (térmica, nuclear, hidroeléctrica, eólica), plantas de manufactura, de procesos químicos, estructuras de concreto. Sin embargo muchas veces ignoran las causas posibles de la corrosión y su forma de prevenirla. Las pérdidas económicas que implica la corrosión pueden ser directas (relacionadas con el reemplazo de la parte dañada) o indirectas debidas a: a) paradas de planta imprevistas para efectuar reparaciones; b) pérdidas de producto de contenedores, tanques, cañerías, etc.; c) pérdidas de eficiencia

por productos de corrosión en intercambiadores de calor; d) contaminación por los derrames producidos a causa de corrosión en tanques, cañerías, etc.; e) por sobredimensionamiento en el diseño de instalaciones debido a la falta de información sobre la corrosión de los componentes en un ambiente determinado.1 La principal función de un tratamiento superficial en este caso el niquelado es mejorar las propiedades técnicas y decorativas del material base como también es la protección contra la corrosión, mejora de las cualidades técnicas. El níquel es más noble que el Acero, por lo que los recubrimientos sobre éste, proporcionan una protección suficiente cuando tienen un buen espesor y están libres de poros. Pero en la mayor parte de los casos bajo el recubrimiento de níquel se deposita una capa intermedia de cobre que a su vez son metales más nobles, el níquel protege entonces al Acero de un modo perfecto contra la corrosión. El níquel como elemento protector, tiene un campo de aplicación muy extenso empleándose, como elemento protector y como revestimiento ornamental de los metales, en especial de los que son susceptibles de corrosión como el hierro y el acero, asimismo aumentando su conductividad eléctrica. También es utilizado como pre capa para otros tratamientos. Su aplicación se ha extendido a todo tipo de sectores como, ferretería, material eléctrico, electrónica, estampación metálica, y grifería. B) Delimitación del problema y objeto Tratamientos superficiales niquelado de pequeñas piezas metálicas. ¿Cómo incide los materiales sometidos a un proceso de niquelado cuando está expuesto al medio ambiente en las cuales intervienen agentes físico y químicos que provocan la oxidación y la corrosión mediante un proceso de manufactura en el laboratorio de tratamientos superficiales de la ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DE LA ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO durante el periodo 5 octubre 2015 - 15 marzo 2016?

C) Objeto De Estudio PROCESO DE NIQUELADO

D) Objetivo generales y campo de acción de la investigación Objetivo general Analizar las propiedades que adquieren los materiales metálicos al ser sometidos a un proceso de niquelado. Objetivos específicos  Observar las variables que intervienen en el proceso de niquelado como es la temperatura, acidez, amperaje, concentración, tiempo, etc.  Analizar lo beneficios que tiene un proceso de niquelado en la industria.  Conocer los principales pasos para hacer un proceso de niquelado  Plantear un sistema automatizado en el proceso de niquelado para una producción en serie. E) Campo De Acción ACABADO SUPERFICIAL DE PIEZAS

F) Justificación de la investigación En la industria se usan materiales que aunque son ricos en propiedades mecánicas altamente provechosos presentan debilidades en las propiedades químicas y decorativas, es por esto que se utiliza la técnica de recubrimientos superficiales para mejorar algunas propiedades o cualidades de la superficie del material. Los recubrimientos son materiales que al momento de ser aplicados sobre una superficie, protegen, embellecen o impiden que elementos extraños entren en contacto con la misma. El acabado es generalmente mejorar la apariencia y el valor de venta del artículo; a la mayoría de los metales se les recubre para proporcionarles una resistencia permanente a las influencias destructivas débiles, al desgaste, descomposiciones electrolíticas y al contacto con la intemperie o a la atmósfera corrosiva Este proyecto lo hemos considera de carácter investigativo y nos será de gran ayuda tanto en nuestra vida estudiantil como profesional puesto que el tema nos incentiva a acercarnos más a nuestra profesión el cual resolverá problemáticas en el área industrial.

SECCIÓN II: Marco teórico preliminar e hipótesis de investigación A) Fundamentación legal El presente proyecto de investigación trata de obtener capas de niquelado brillante mediante deposición electrolítica, a fin de conseguir una mejora a la corrosión Para ello el niquelado se lo realiza según la norma “ASTM B 117” (American Society for Testing and Materials). Para determinan los espesores de probetas que van a ser sometidas al niquelado los materiales se someten a fluorescencia de rayos X, se sigue la metódica UNE-ISO-3497 ASTM B-568. Para observan los depósitos de níquel se lo hace mediante la técnica de caracterización microestructural SEM (Microscopia Electrónica de Barrido), utilizando probetas metalográficas. Para el estudio el salto de potencial en mV según la norma ASTM B 764 – 94 “Standard Test Method for Simultaneous Thickness and Electrochemical Potential Determination of Individual Layers in Multilayer Nickel Deposit (Step Test)”, tratando de obtener un valor alto de diferencia de potencial ya que cuanto más alto es el valor, superior a 120 mV se obtienen depósitos electrolíticos con mayor resistencia a la corrosión. Se corroboran estos valores de resistencia a la corrosión mediante ensayos acelerados en cámara de niebla salina según la norma ASTM B 117 – 97 “Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus”. 2

B) Antecedentes de estudio Nuestra investigación se basa en el principio de Faraday donde nos dice que: Los baños electrolíticos para los recubrimientos de los materiales no es más que descomposición química de las sustancias, mediante la corriente eléctrica continúa. Reacción química producida por medio de la corriente eléctrica que proviene de electrodos, descomponiendo los compuestos químicos y deshaciéndolos en iones. Experimentan esta transformación, los electrolitos. (Electrolito significa partículas que transportan cargas eléctricas; átomos o grupos de átomos cargados eléctricamente, son realmente iones). Los metales son considerados como conductores de primera, ya que poseen electrones libres que pueden moverse entre los átomos con cierta facilidad.

La electrólisis permite el recubrimiento galvánico o depósito de finas capas metálicas, sobre objetos metálicos (Galvanostegia) o no metales (galvanoplastia). En el segundo caso, la superficie del objeto, se debe recubrir con una capa de grafito o plombagina. El Objeto que se va a recubrir, se conecta al cátodo. El ánodo es del metal que debe depositarse sobre el objeto; la disolución, contiene una sal de dicho metal. 3 El proceso de tratamiento superficial en este caso el niquelado der piezas pequeñas que es el objeto de nuestra investigación, tiene como referencia el método de baño electrolíticos nos basaremos en este principio para analizar, aprender, deducir como influye un recubrimiento superficial en una pieza metálica en el medio ambiente al que está expuesto. C) MARCO TEORICO Los tratamientos superficiales pueden emplearse, dependiendo de los fines deseados, para:  

      

Aumentar o controlar la dureza, obteniendo superficies más resistentes al desgaste o al rayado. Obtener un coeficiente de fricción adecuado en el contacto entre dos superficies, ya sea disminuyéndolo como en un cojinete o aumentándolo como en un freno. Disminuir la adhesión, como en contactos eléctricos en los que se pueda producir un arco eléctrico. Mejorar la retención de lubricantes de la superficie. Aumentar la resistencia a la corrosión y oxidación. Aumentar la resistencia mecánica. Reconstruir piezas desgastadas. Controlar las dimensiones o la rugosidad. Proporcionar características decorativas, como color o brillo.

En función del material, pueden obtenerse unas características u otras dependiendo del tipo de tratamiento empleado. En el niquelado electrolítico se emplea la electrodeposición, la cual, es el método de cubrir objetos con una película fina de otro metal. La electrodeposición implica la reducción (disminución del estado de oxidación; ganancia de electrones) de un compuesto metálico disuelto en agua y una deposición del metal resultante sobre una superficie conductora. El principio que rige este fenómeno es de la electrólisis. Electrólisis es el nombre que recibe el proceso mediante el cual la energía eléctrica se emplea para producir cambios químicos; mediante una reacción redox no espontánea, donde se hace pasar una corriente eléctrica. Un proceso electrolítico consiste

en hacer pasar una corriente eléctrica a través de un electrolito, entre dos electrodos conductores denominados ánodo y cátodo. Donde los cambios ocurren en los electrodos. El principio fundamental de la electrolisis lo constituye la ley de Faraday. Con la ecuación de esta ley se puede calcular la cantidad de metal que se ha corroído o depositado uniformemente sobre otro, mediante un proceso electroquímico durante cierto tiempo. La ley de Faraday expresa que: “La cantidad de cualquier elemento (radical o grupo de elementos) liberada ya sea en el cátodo o en el ánodo durante la electrólisis, es proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesa la solución” La ley de Faraday se representa mediante la siguiente ecuación:

Dónde: W = cantidad de metal que se ha corroído o depositado [g] I = corriente [A] T = tiempo que dura el proceso [s] M = masa atómica del metal [g/mol] n = valencia del metal F = constante de Faraday = 96500 [A.s/mol] Cuando se conectan los electrodos con una fuente de energía, el electrodo que se une al polo positivo del generador es el ánodo y el electrodo que se une al polo negativo del generador es el cátodo.

Fig.1 Elementos que intervienen en un proceso electrolítico. Una reacción de electrolisis puede ser considerada como el conjunto de dos medias reacciones, una oxidación anódica y una reducción catódica. En el

niquelado electrolítico los elementos que intervienen en la celda electrolítica son un ánodo de níquel y un cátodo que puede ser de cualquier tipo de metal según se desee (este es el material que se va a recubrir), en presencia de un electrolito. Lo que ocurre en esta celda, es que se una fuente o generador crea una corriente eléctrica que pasa entre los dos electrodos. Se realiza la migración de los iones del ánodo (Níquel (II), Ni+2) hacia el cátodo (pieza a cubrir). Lo que ocurre es que los iones metálicos en solución (Ni++) se reducen a Ni metal en la superficie del cátodo de la celda, y van depositándose micra a micra hasta producir un depósito continuo.

Fig2. Celda electrolítica

Tipos de niquelado De acuerdo al uso del material a niquelar se aplica un tipo de niquelado, estos tipos varían en la forma de aplicar el proceso y en las adiciones que se

emplean en el electrolito para obtener un niquelado con cierto propósito, los tipos de niquelado más comunes son: Niquelado Brillante: Se realiza con un baño de composición idéntica al anterior al que se le añade un abrillantador que puede ser sacarina, por ejemplo para obtener la calidad espejo la placa base tiene que estar pulida con una muy buena calidad. Niquelado de mate: Se realiza para dar capas gruesas de níquel sobre hierro, cobre, latón y otros metales es un baño muy concentrado que permite trabajar con corrientes de 8 - 20 amperios por decímetro cuadrado, con el cual se consiguen gruesas capas de níquel en tiempos razonables. 4

D) Hipótesis Los materiales al ser sometidos a un proceso de niquelado cuando está expuesto al medio ambiente donde intervienen agentes físico y químicos evitaran la oxidación y la corrosión

BIBLIOGRAFIA Y LICOGRAFIA 1 https://www.google.com.ec/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0a hUKEwiMgdP3ntPJAhUBcSYKHeCnAsgQFggaMAA&url=https%3A%2F%2Fiesvillalba hervastecnologia.files.wordpress.com%2F2010%2F09%2Foxidacion-ycorrosion.pdf&usg=AFQjCNFXKTLdVfggv8bmHRaWbI7VenCWGA&cad=rja 2 Standard

Test

Method

for

Simultaneous

Thickness

and

Electrochemical

Potential/Determination of Individual Layers in Multilayer Nickel Deposit (STEP Test)”. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS 100 Barr Harbor Dr.,West Conshohocken, PA 19428 Reprinted from the Annual Book of ASTM Standards. Copyright ASTM. 3 http://www.matematicasfisicaquimica.com/conceptos-de-fisica-y-quimica/679leyes-faraday-electrolisis.html 4 http://www.cientificosaficionados.com/tecnicas/niquelado%20electrolitico.htm