Proteccion Por Recubrimientos No Metalicos Proy. Final.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA

“PROTECCION POR RECUBRIMIENTOS NO METALICOS”

DOCENTE: Dr. Ing. Veliz LLayqui, N. Edgar INTEGRANTES: Daniel Chunga García Yanet Ccamerccoa Perez Jorge Pinazzo Sosa Josue Peqqueña Ruiz Yojan Ccapa Taipe Andree Huayhua Manchego Diego Hernani Lopez

AREQUIPA-PERÚ 2018

Contenido Resumen..................................................................................................................................5 Abstract...................................................................................................................................5 CAPÍTULO 1..........................................................................................................................6 1. INTRODUCCION...........................................................................................................6 CAPITULO 2........................................................................................................................10 2. FUNDAMENTO TEORICO.........................................................................................10 2.1 CORROSION..........................................................................................................10 2.2 ROCIADO TERMICO............................................................................................11 2.3 APLICACIONES.....................................................................................................13 2.4 CAPAS DE ALUMINIO Y ZINC ROCIADAS TERMICAMENTE.....................13 2.5 CAPAS DE PINTURAS SOBRE SUPERFICIES ROCEADAS TERMICAMENTE:......................................................................................................19 CAPITULO 3........................................................................................................................21 3. PARTE EXPERIMENTAL............................................................................................21 3.1 Preparación de Sustratos para el Rociado Térmico.................................................21 3.2 Proceso de roseado..................................................................................................21 CAPITULO 4........................................................................................................................24 4. ANALISIS DE DATOS.................................................................................................24 CAPITULO 5........................................................................................................................28 CONCLUSIONES.............................................................................................................28 REFERENCIAS....................................................................................................................29

Resumen Los sistemas de protección y su forma de aplicación deben garantizar que las estructuras con un elevado nivel de deterioro recuperen las prestaciones exigidas durante su construcción como son: estética, funcionalidad y, sobre todo, seguridad. De esta manera se logra un incremento en la durabilidad y vida útil de las estructuras. Los sistemas de protección secundaria (a base de recubrimientos) constituyen sin dudas el método más empleado en el combate contra el deterioro en las estructuras. La razón de ello es la eficacia, economía y fácil aplicación de estos sistemas. Palabras clave: sistemas de protección, aplicación, deterioro, recubrimientos, durabilidad.

Abstract The protection systems and their form of application they must ensure that structures with a high level of deterioration recover the required benefits during its construction such as: aesthetics, functionality and above all, safety. In this way achieves an increase in durability and life of the structures. Secondary protection systems (bases on coatings) undoubtedly constitute deterioration in structures. The reason for this is efficiency, economics and easy application of these systems. Keywords: protections systems, application, deterioration, coatings durability.

CAPÍTULO 1 1. INTRODUCCION La corrosión es una reacción química (oxido-reducción) en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reacción electroquímica. Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.) Ahora los recubrimientos no metálicos de la cual hablaremos en este proyecto son productos específicamente destinados a proteger contra la corrosión, que presentan una serie de propiedades estrechamente relacionadas con sus aplicaciones concretas. Hay diferentes procedimientos y varias técnicas para tener una protección no metálica las más comunes son las siguientes: Fosfatado Consiste en sumergir el acero en una solución de ácido fosfórico, nitrato de cinc, fosfato ferroso y otras sales, con lo que se obtiene una capa formada por un fosfato de hierro y cinc que supone una base excelente para las capas de acabado en las carrocerías de automóviles. Pavonado Es la protección del acero mediante una capa de óxido (azul o negra), calentándolo en un baño de sosa cáustica concentrada, que contiene clorato sódico, a 143 °C. De este modo se forma una capa de óxido protectora pero suficientemente porosa para admitir aceite mineral, que aumenta su acción. Anodizado En el aluminio se puede producir una capa de óxido protector mediante un tratamiento electrolítico en el cual el aluminio forma el ánodo en una disolución ácida. Se emplea para la protección de objetos decorativos, pues la película de óxido puede teñirse

con diversos pigmentos para conseguir un buen aspecto que permanecerá inalterable casi indefinidamente. Esmaltado Se realiza aplicando sobre el metal una capa a modo de papilla de borosilicato de calcio, potasio y plomo. Una vez secas las piezas, se introducen en un horno, donde se funde el esmalte formando una capa protectora vidriada. El esmaltado se usa para cacharros de cocina, electrodomésticos y utensilios para la industria química. Tiene el inconveniente de no ser clástico, y salta si recibe algún golpe. Pintado La protección a base de pinturas, barnices, lacas, resinas sintéticas, etc., actúa principalmente contra el agua. En realidad, pocas veces ofrece una impermeabilidad absoluta, pero sí gran resistencia a la penetración, limitando la cantidad de agua que alcanza la superficie del metal. Toda aplicación de pintura debe ir precedida de un desengrasado y un decapado cuidadosos del metal, para hacer desaparecer toda traza de óxido, orín o cascarilla. En la actualidad los fabricantes de pinturas y lacas han dado pasos de gigante en este campo, encontrándose hoy día pinturas que ofrecen una gran resistencia al ataque de los elementos externos y protegen el metal base del ataque de los óxidos, que en la chapa de hierro es un auténtico cáncer.

Capas rociadas térmicamente: La tecnología de las capas rociadas térmicamente está recibiendo una creciente atención como soluciones a los problemas superficiales de la ingeniería que implican desgaste, corrosión a alta temperatura y acuosa, regulación térmica y degradación. La ingeniería actual está en una situación de constante desafío. La diversidad de opciones con relación al empleo de materiales y la competitividad industrial conllevan a una compleja situación, donde se debe unir características de desempeño a factores de costo y proceso, en la elección de los materiales más adecuados en una aplicación específica. Los materiales tradicionales, están sufriendo alteraciones, mientras los nuevos materiales, como los polímeros y compuestos, se están adecuando al uso, compitiendo con los demás. La utilización de revestimientos sobre componentes o productos metálicos, conocida como ingeniería de superficie, viene creciendo drásticamente debido, principalmente, a los altos costos de los materiales avanzados y a los

crecientes requerimientos de ciclo de vida de los sistemas de alto desempeño. Teniendo en cuenta la variedad de tipos de revestimientos y la complejidad de los factores ambientales, puede usarse un material económicamente apropiado como substrato y aplicar un revestimiento adecuado para protegerlo del ambiente exterior, donde se empleará el referido material. Esta lógica ha llevado al rápido desarrollo de la tecnología de revestimientos para uso como parte integrante del proyecto en diversas aplicaciones de ingeniería Los revestimientos rociados térmicamente son formados por depósitos de sucesivas capas de góticas líquidas (millones de partículas por cm2 /sec) que se aplanan y solidifican, resultando en una macroestructura conocida como lenticular o laminar. A lo que inciden sobre el substrato, esas pequeñas góticas en forma de lentes se enfrían a velocidades extremadamente altas y se anclan mecánicamente en las irregularidades de la superficie. La estructura típica de revestimientos rociados térmicamente es la unión cohesiva consolidada de láminas del material rociado, entremezclada con inclusiones de óxidos, microgrietas, partículas sólidas y porosidad. Los sistemas de protección y su forma de aplicación deben garantizar que las estructuras con un elevado nivel de deterioro recuperen las prestaciones exigidas durante su construcción como son: estética, funcionalidad y, sobre todo, seguridad. De esta manera se logra un incremento en la durabilidad y vida útil de las estructuras. Los sistemas de protección secundaria (a base de recubrimientos) constituyen sin dudas el método más empleado en el combate contra el deterioro en las estructuras. La razón de ello es la eficacia, economía y fácil aplicación de estos sistemas. Para que estos sistemas de protección incrementen la durabilidad y vida útil en las estructuras, particularmente bajo condiciones de agresividad corrosiva entre alta y extrema, deben poseer entre sus características fundamentales, buena adherencia, dureza, baja porosidad y uniformidad en el espesor. Claro está, debe tenerse en cuenta el tipo de sistema de protección a utilizar en función del material de construcción de la estructura. Cuba es un archipiélago con un clima caracterizado por tener más de la mitad del año temperaturas medias aproximadamente de 250C y humedad relativa media alrededor del 75%. Dada su configuración y ubicación geográfica, la influencia del aerosol marino alcanza casi todo el territorio nacional. Estas condiciones favorecen notablemente el

deterioro en las estructuras con diferentes materiales de construcción, específicamente en zonas de agresividad corrosiva entre alta y extrema. Numerosas son las estructuras en La Habana situadas cerca del mar, prácticamente en las orillas de la costa norte lo cual constituye actualmente un ejemplo de zona clasificada como agresividad corrosiva entre alta y extrema. Estas estructuras presentan un nivel de deterioro apreciable producto de la influencia directa del aerosol marino. La corrosión atmosférica es el fenómeno que más influye en el deterioro existente. En dicha zona se han obtenido valores de deposición de iones cloruro muy por encima del límite máximo de acuerdo a los niveles de clasificación establecidos en la norma ISO 9223, sobre todo en el período invernal. Se ha ejecutado un proyecto de cooperación científico técnica entre la República Federal de Alemania y Cuba durante dos años de estudio. El objetivo fundamental consistió en evaluar la eficacia de sistemas de protección secundaria de fácil aplicación. Se seleccionaron dos estructuras de disímiles materiales de construcción para aplicarles sendos sistemas de protección secundaria, teniendo en cuenta la agresividad corrosiva en sus zonas de emplazamiento. El interés científico fue determinar si los sistemas de protección aplicados (de procedencia europea) podrían o no aplicarse bajo el clima tropical marítimo y costero. El interés práctico fue el demostrar cómo estos sistemas de protección podrían incrementar la durabilidad y vida útil de las estructuras en Cuba, particularmente en el litoral norte de La Habana.

CAPITULO 2 2. FUNDAMENTO TEORICO 2.1 CORROSION La corrosión es el resultado destructivo por una reacción química o electroquímica entre un metal o aleación y su medio ambiente, en donde los átomos metálicos pasan a compuestos químicos o minerales, ya que la corrosión es la tendencia que tienen los metales a volver al estado combinado, es decir, al mismo estado en que se encontraban en la naturaleza, que es, en términos termodinámicos, el estado más estable. También se puede afirmar que la corrosión electroquímica es un proceso espontáneo donde existe una zona anódica (que sufre la corrosión), una zona catódica (La cual está protegida) y un electrolito, y es imprescindible la existencia de estos tres elementos, además de una buena unión eléctrica entre ánodos y cátodos, para que este tipo de corrosión pueda tener lugar. El problema de la corrosión del acero no ha sido completamente resuelto, hasta hoy en día. La tecnología del rociado térmico es actualmente, el proceso más útil y efectivo para la protección contra corrosión, siendo bastante utilizado principalmente en las industrias del petróleo, alimentos, infraestructura, entre otras. Una de las restricciones encontradas en el uso de revestimientos aplicados por rociado térmico es la porosidad inherente de los revestimientos, especialmente

los

poros

interconectados,

extremadamente

críticos

cuando

los

revestimientos son expuestos a un electrolito corrosivo. Sin embargo, los tratamientos de sellado y densificación han sido bastante efectivos en la reducción de la porosidad, además de la evolución de los procesos de aplicación, que pueden generar revestimientos con bajísimo nivel de porosidad, como es el caso de los procesos HVOF y plasma en cámara de vacío. Diversos materiales son usados para la protección contra la corrosión, los cuales son aplicados por el proceso de rociado térmico, como el zinc, aluminio, aceros inoxidables, bronce, aleaciones duras, carburos y cerámicas, además de algunos polímeros. El zinc y el aluminio han sido aplicados desde algunas décadas como protección del acero estructural en puentes y estructuras similares. Aun siendo estos materiales galvánicamente de sacrificio con respecto al acero, la aplicación de sellantes para reducir la porosidad puede aumentar la vida en servicio de estos revestimientos.

2.2 ROCIADO TERMICO Ahora nosotros nos enfocaremos en solo un método de protección no metálica que es la capa de rociado térmicamente El rociado térmico es un proceso para añadir a un metal capas del mismo material o de metales diferentes. La combinación resultante puede tener mejores propiedades físicas, químicas o costos más económicos que los de un metal o aleación uniforme. Hoy en día, los progresos del rociado térmico tienen una gran aceptación en la industria, tanto en la fabricación de piezas como en el mantenimiento, en donde el campo de aplicación se extiende y amplia cada vez más debido al desarrollo de nuevas aleaciones y procesos. Para la aplicación de las capas rociadas térmicamente se usa una pistola para calentar el material, en forma de polvo o alambre, a un estado fundido o semi-fundido y se utiliza un gas para propulsar el material de aporte hacia el substrato, creando una superficie totalmente nueva. El material de la capa tiene características físicas y químicas únicas, que solo son alcanzables con este proceso de rociado térmico. Las capas termorrociadas son altamente rentables y sirven para agregar características y calidades superiores de funcionamiento a una superficie. La variedad de productos y capas que se pueden obtener por rociado térmico son virtualmente ilimitadas. Las capas pueden ser metálicas, cerámicas, poliméricas o de cualquier combinación deseada para dar un amplio rango de características físicas. La selección del proceso de rociado térmico apropiado está determinado por el material deseado en el recubrimiento, requerimientos de desempeño, sitio de aplicación del revestimiento, tamaño de la pieza y factores económicos. Las técnicas de rociado térmico utilizan sistemas de combustión por llama, Oxicombustible de Alta Velocidad (HVOF), detonación. Sistemas de arco eléctrico y sistemas de plasma con arco transferido (PSP) y no transferido (PTA). El primer sistema utiliza gases combustibles como fuente de calor. El segundo y el tercer sistema lo constituyen procesos que utilizan energía eléctrica como fuente de calor, los consumibles utilizados son en forma de polvo, varilla o alambre. Un esquema del proceso por arco eléctrico es presentado en la Figura 1.

Figura 1. Esquema del proceso de rociado térmico por arco eléctrico. La mayoría de los procesos de rociado térmico, dependen de las fuerzas interatómicas o de la formación de una aleación de alta adherencia con el metal rociado térmicamente. Antes de proyectar un material sobre una superficie, esta debe someterse a una preparación previa, para obtener una buena adherencia del material proyectado, sobre el metal base, debido a que el principal mecanismo de adherencia del revestimiento al substrato es el de anclaje mecánico, además esta preparación depende del espesor del recargue que se desea obtener, de la naturaleza del material proyectado y de la forma de la pieza. Antes de iniciar cualquier proceso de rociado térmico, es preciso eliminar todo tipo de contaminante presente en la superficie, para obtener la mayor adherencia posible del revestimiento al substrato. Para la obtención de revestimientos de calidad, con el desempeño deseado en servicio, es necesario un control riguroso de las diversas etapas del proceso. Muchas veces, una simple falta de atención en la calibración del equipo es responsable por la mala calidad o aún de la falta de repetibilidad del revestimiento. Antes de iniciar un trabajo de rociado térmico, es muy importante saber las propiedades necesarias del producto para una determinada aplicación.

2.3 APLICACIONES El rociado térmico tiende a prolongar la vida útil de los bienes, al obtener altos rendimientos durante más tiempo y reducir el número de fallas. Decimos que algo falla cuando deja de brindarnos el servicio que debía darnos o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones de diseño con las que fue construido o instalado el bien en cuestión. La avanzada tecnología del rociado térmico, provee a las industrias de todos los tipos, uno de los medios más eficaces que se hayan desarrollado para combatir el desgaste prematuro, al adelantarse a la falla o al momento en que el equipo o elemento deja de trabajar en sus condiciones óptimas. De esta forma se optimiza la disponibilidad del equipo, se disminuye costos de mantenimiento y se maximiza la vida útil de los equipos y la maquinaria. 2.4 CAPAS DE ALUMINIO Y ZINC ROCIADAS TERMICAMENTE En la protección contra corrosión de estructuras y componentes metálicos se usan capas de aluminio o zinc, donde el proceso se caracteriza por una baja inversión, elevada velocidad de deposición, gran eficiencia, facilidad de operación y bajo costo de mantenimiento. En general las capas obtenidas por esta técnica presentan baja fuerza de enlace, adherencia limitada y alta porosidad, no obstante se utiliza ampliamente en la industria donde se requiere recubrir grandes secciones con bajos requerimientos de tolerancias. La vida de una estructura de metal y la durabilidad de su apariencia estética dependen esencialmente de la calidad de la preparación de la superficie y de las características de comportamiento del recubrimiento que va a estar en contacto directo con el acero. En este contexto el zinc y la aleación zinc-aluminio juegan un papel fundamental no solo por su inherente resistencia a los medios agresivos, sino también en virtud de la excepcional protección activa o de sacrificio que proveen al acero (protección galvánica). Los metales más usados para la protección contra la corrosión por rociado térmico son el aluminio y el zinc, los cuales son anódicos respecto al acero en la mayoría de los ambientes. Las características físicas de estas capas se demuestran en la tabla 1.

Tabla 1. Características físicas del zinc y el aluminio rociados térmicamente. La gran ventaja que el proceso posee sobre casi cualquier otro, es que las capas del zinc y de aluminio se pueden aplicar a estructuras muy grandes, tales como puentes, ya que por mas 30 años, los grandes proyectos de la ingeniería de la construcción se han rociado térmicamente con zinc y aluminio y en estos trabajos, no se le ha dado ningún tratamiento después del transporte al sitio de trabajo. La experiencia ha demostrado que hay una cantidad de raspones y ralladuras por lo cual se requiere de reparación de las capas en el sitio y esto pocas veces se hace. Los depósitos rociados térmicamente de zinc y aluminio tienen características protectoras proporcionales a sus espesores. Tienen la ventaja que tienen un acabado mate y absorben bien la pintura. Los recubrimientos rociados térmicamente han existido por muchos años y pruebas de exposición a la corrosión han probado ser superiores al pintado convencional con zinc. Metales rociados térmicamente han demostrado producir una mayor vida útil al acero que el sistema de pintado. El aluminio puede ser dejado a una abierta exposición corrosiva y a pesar de ello, resistir más al desgaste corrosivo. Uno de los beneficios obtenidos es que el recubrimiento puede ser utilizado casi inmediatamente después de ser aplicado, inclusive puede ser aplicado en zonas parciales (cuando por ejemplo se están haciendo reparaciones con soldadura), sin tener que esperar como en la pintura tradicional. El aluminio rociado térmicamente trabaja muy bien en ambientes con elevada temperatura, inclusive por arriba

de los 120ºC. El rociado térmico con aluminio protege al acero contra la corrosión alcalina hasta el más severo nivel. Comparativamente con los recubrimientos orgánicos, ofrece un mayor costo/beneficio por la larga vida de duración. Recubrimientos densos con aluminio o zinc pueden ser aplicados para resistir las más severas condiciones de corrosión y dar de 5 a 15 años de vida útil, prácticamente sin ningún mantenimiento. Recubrimientos delgados compiten perfectamente en costo con otros métodos como el cromado o el pintado. Los recubrimientos rociados térmicamente también son excelentes como capa base (undercoatings) para materiales orgánicos ya que muchas veces el material orgánico falla debido a la corrosión debajo de la pintura. El aluminio no produce productos pesados de corrosión y por lo tanto las capas de pintura en la capa rociada térmicamente no tienden a levantarse. En todos los procesos de rociado térmico, las partículas emergen del inyector y aunque las partículas cerca del centro son fundidas, estas se solidifican en la periferia. Además en el proceso hay partículas sólidas que no se funden y estas partículas sólidas tienden a quedar atrapadas en la capa, haciéndola porosa. El efecto es más pronunciado en el proceso con polvos debido al mayor número de partículas sólidas presentes. En el caso de los metales reactivos como el aluminio y el cinc, las mismas partículas llegan a estar revestidas con una fina capa de óxido, de modo que el depósito final contiene capas muy delgadas de óxido. Al principio se pensó que la presencia de poros y de capas de óxidos causarían problemas, pero se ha encontrado que es falso, por lo menos para los metales anódicos. En una capa de zinc, de hecho, los poros deben tener poco efecto. El zinc protege por la acción de sacrificio y si un electrólito impregna la capa de zinc, entonces la corrosión comenzará, dando lugar a los productos relativamente insolubles que sellarán los poros automáticamente. Por lo tanto si la capa de zinc tiene suficiente peso por unidad de área, dará una protección completa. En la Figura 2. Se observa la aplicación del rociado térmico en una estructura.

Figura 2. Estructura rociada térmicamente para protegerla contra la corrosión. La vida de una capa de zinc aplicada por rociado térmico esta de acuerdo al peso y esta es similar a la vida de una capa de zinc aplicada por cualquier otro método. Los poros juegan un papel importante en el valor protector del aluminio rociado térmicamente. Su comportamiento cuando es rociado es enteramente diferente del qué se esperaría del metal macizo. Las capas del aluminio son levemente más porosas que capas de zinc, y la porosidad interconectada puede ser del 10%, aunque generalmente es más cerca del 5%. Cada partícula de aluminio en la capa es rodeada por una capa muy fina de óxido, de modo que la conductividad eléctrica de la capa rociada térmicamente con aluminio es absolutamente baja. Según la serie electroquímica, se esperaría que el aluminio protegiera el acero en las discontinuidades con más eficiencia y un área más amplia que el zinc. El aluminio con un revestimiento de óxido es, sin embargo, más noble que el zinc, y así aunque el aluminio rociado térmicamente protegerá el acero por la acción de sacrificio, esta acción no está tan marcada como la del zinc. Así un electrólito que pasa a través del aluminio rociado puede corroerse en las primeras horas de su vida, con la formación de sustancias muy insolubles, que sellan totalmente los poros del aluminio, de modo que después de un poco tiempo la capa del aluminio llegue a ser absolutamente impermeable a la humedad. En caso de un daño mecánico grande este mecanismo de auto sellado es suplido por la acción de

sacrificio, aunque los productos insolubles formando en un rasguño pueden sellar casi inmediatamente el daño. Las capas de aluminio rociado térmicamente en el acero se han expuesto por más de 20 años en condiciones atmosféricas muy severas y han dado una perfecta protección; el único resultado de la larga exposición ha sido el aspecto de algunos nódulos pequeños del óxido de aluminio que parecen tener poco o nada de significación como sitios de corrosión futura. Las capas de aluminio son extremadamente atractivas desde el punto de vista de la protección en condiciones sumergidas y atmosféricas, pero son más ventajosas cuando el electrólito del medio corrosivo tiene una alta conductividad. Mientras que las capas de aluminio rociadas térmicamente dan buenos resultados en agua de mar y excelentes resultados en atmósferas sulfurosas, una combinación de sulfuros y de cloruros parece reducir la insolubilidad del producto de corrosión y para resistir tal ataque combinado es preferible el zinc al aluminio. Si el aluminio recientemente rociado en el acero, se expone al agua por algunas horas a veces se cubre con una mancha marrón. Esto es debido a que el aluminio actúa cátodo con respecto al acero durante las primeras horas. Una cantidad muy pequeña de hierro se corroe durante el período inicial, pero después de un corto tiempo el aluminio actúa normalmente como ánodo. Los óxidos insolubles de aluminio formados son coloreados por una pequeña cantidad de hierro y se ha probado que estas manchas marrones, aunque son feas, no tienen un efecto significativo en la expectativa de la vida de la capa del aluminio. Recientemente, se ha demostrado que la corrosión es prevenida totalmente rociando térmicamente con aluminio y es digno de hacer notar que los mejores resultados para este propósito y para la protección del acero son obtenidos con un aluminio de pureza comercial, conteniendo 99.5% de aluminio (la impureza principal no debe ser cobre). El aluminio comercial es mucho más eficaz que el aluminio puro. Ahora se sugiere que las aleaciones de aluminio-zinc con contenidos del 25 al 95%de Zn, dan una mejor protección en ciertas condiciones que cualquiera de los componentes solos. Un uso interesante del aluminio rociado térmicamente está en aumentar la resistencia a la oxidación a alta temperatura hasta 900°C. El material es rociado con aluminio, generalmente un espesor de 0.2 mm, entonces se trata con un sellante que puede ser betún o

vidrio soluble y la difusión es realizada recociendo el material en un horno a 850°C por 30 minutos aproximadamente. La capa final consiste en una gradación de las aleaciones aluminio-hierro con una delgada capa de óxido de aluminio. Tales depósitos soportarán la oxidación por períodos muy largos a temperaturas de hasta 900°C. Sobre esta temperatura la difusión del hierro en el aluminio llega a ser tan rápida que la capa de la aleación llega a ser empobrecida y la capa superior contiene poco aluminio para proporcionar la protección adicional. El aumento de la resistencia a la oxidación a temperaturas sobre 900°C, puede ser obtenida rociando aleaciones de níquel-cromo y después tratarlas térmicamente a 1100°C, de modo que ocurra la difusión. Tales capas son muy usadas bajo estas condiciones de alta temperatura, donde no es económico utilizar las aleaciones sólidas de cromo o níquel. Bajo algunas condiciones del horno, las piezas macizas de níquel-cromo dan a veces resultados insatisfactorios debido a ataque por los gases sulfurosos. Esto puede ser superado en gran parte rociando térmicamente con aluminio.

Las capas superiores de 500 µm de zinc se pueden aplicar cumpliendo todos los requisitos, pero con aluminio es generalmente mejor rociar 100-200 µm; más de 200 µm. es innecesario. La velocidad de corrosión de una capa rociada térmicamente desnuda es comparable al del zinc o del aluminio sólido, aunque la mayor área superficial expuesta puede hacer evidentes un aumento en algún porcentaje de la corrosión. Para la mayoría de las aplicaciones, sin embargo, se sella o se pinta la capa rociada y alcanza una resistencia a la corrosión mucho más alta. La vida adicional depende del sellante o del espesor y el tipo de pintura usada, además del ambiente. La capa rociada térmicamente en una superficie levemente áspera da una excelente llave para la pintura. Muchos rociados simples con zinc o aluminio en unión con pintura dan un excelente servicio a largo plazo, en algunos casos estas pinturas serían totalmente inadecuadas si fueran aplicadas directamente al acero. Una amplia variedad de sistemas de pinturas se puede utilizar sobre las bases con rociado térmico.

2.5 CAPAS DE PINTURAS SOBRE SUPERFICIES ROCEADAS TERMICAMENTE: Mientras que las capas de zinc rociadas térmicamente dan una protección excelente al acero, la superficie mate es muy reactiva y por lo tanto se convierte en un defecto debido a la formación de productos de corrosión. El acero galvanizado da una superficie lisa y por lo tanto no es una base ideal para la pintura, por lo tanto, es normal utilizar una base para dar la adherencia necesaria. La base es generalmente una resina butiral y un ácido fosfórico libre, la cual deja la superficie del zinc con una fina película inhibidora. La mayoría de los sistemas de pintura dan buenos resultados con el zinc pero ciertos medios aceitosos que reaccionan con este metal deben ser evitados. Por todo el mundo, el zinc rociado térmicamente y pintado ha dado buenos resultados en muchos tipos de condiciones de exposición y con muchos tipos de pintura, y esto es debido a la necesidad de producir la mejor pintura. Las capas de aluminio rociado térmicamente expuestas mostraron características protectoras notables y en muchos casos la única evidencia de la edad son el aspecto de los nódulos de microdurezas del óxido de aluminio, y éstas parecen ser no destructivas. Sin embargo, el blanco de la superficie rociada térmicamente pronto se decolora por la suciedad y así queda una cubierta de pintura usada. En la Figura 3. Se observa un sistema de pintura normal y otro sobre una capa de zincaluminio rociado térmicamente.

Figura 3. Pinturas expuestas al ambiente después de un año. a) Pintura normal y b) Pintura sobre capa de zinc-aluminio rociado térmicamente.

Está claro que las capas finas rociadas de metal no pueden soportar alta fricción o alto daño mecánico. Si las capas se aplican con bordes afilados hay que esperar ciertos rompimientos. En la ingeniería de la construcción la mayoría de los bordes son radiales, y los problemas conectados con las esquinas no se presentan. El proceso de aspersión puede ser aplicado dondequiera que una pistola pueda alcanzar la superficie.

CAPITULO 3 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1 Preparación de Sustratos para el Rociado Térmico Para la preparación del sustrato se siguen los siguientes pasos: * Limpieza: superficie libre de grasa, aceite, pinturas, óxidos, calamina, impurezas y humedad. * Rugosidad superficial: genera una buena adhesión del revestimiento y obtención de un acabado final superficial aceptable. General mente la rugosidad esta entre 2.5 – 13 µm, siendo muy utilizada rugosidades alrededor de 6 µm. * Rociado térmico propiamente dicho: es necesario que las piezas sean colocadas en un soporte adecuado e instalar la pistola de aspersión térmica a la distancia requerida. * Precalentamiento de la superficie: con el objetivo de disminuir el gradiente de enfriamiento. * Acabado final: se realiza por medio de lijado, maquinado, rectificado, pulido, entre otros.

3.2 Proceso de roseado Para el proceso de rociado térmico se utilizaron polvos metalúrgicos de acero inoxidable tipo 312 de Eutectic –Castolin, el cual contiene pequeñas adiciones de cobre para disminuir el punto de fusión de la aleación. La aplicación del mismo se realizó utilizando el equipo Rototec (Eutectic - Castolin). Se siguieron las recomendaciones especificadas en el manual del equipo para la realización del proceso, como las características de la llama (ligeramente oxidante) en un ángulo de 90º y proximidad con respecto a la pieza entre150 – 200 mm, teniendo en cuenta el manejo del combustible (oxi-acetileno). Para esta aplicación se manejaron presiones de 20 psi para el oxígeno y 8 psi para el acetileno. Todas las probetas se rociaron térmicamente durante más tiempo para así darle una capa de recubrimiento más gruesa que la necesaria, para luego de forma manual darle el acabado y las medidas respectivas. Por último se les aplicó alúmina en forma pastosa de 0.5 µm de diámetro para

sellar los poros del proceso de rociado térmico, con el fin de evitar o disminuir la presencia de corrosión localizada. Las sales corrosivas fueron el resultado premeditado de una mezcla sólida de composición 20% Na2SO4 - 80% V2O5 (% en peso), mezcla considerada altamente corrosiva, generada a partir de reactivos de grado analítico. La mezcla se hizo con base al peso general (150 gramos), mezclando 20% de sulfato de sodio (30gr) con un 80% de pentóxido de vanadio (120gr) en un mortero y se maceraron para lograr una buena mezcla y eliminar grumos e inconsistencias. La cantidad de mezcla de sal empleada en cada crisol fue de aproximadamente 7.5 gr, utilizando siempre sal fresca para no tener problemas de contaminación. Para hacer una evaluación de la protección que brinda el recubrimiento aplicado, se corrieron pruebas a diferentes condiciones para observar cómo se comporta la protección ante los cambios de temperatura, razón por la cual se hicieron pruebas a cinco temperaturas diferentes, las cuales fueron 400°C, 450°C, 500°C, 550°C y 600°C, con tiempos de exposición de 1, 7 y 22 horas y se introdujeron dos probetas recubiertas por cada tiempo de exposición. La limpieza de los productos de la corrosión de las probetas se realizó muy cuidadosamente siguiendo la norma ASTM G1-03 “Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosión Test Specimens”. La limpieza se realizó con ácido nítrico (HNO3), el ácido fluorhídrico (HF) y soda cáustica, donde se removieron los productos de corrosión sin remover el metal base, esto permite la exactitud en la determinación de la pérdida de peso. Para este procedimiento se usó una probeta sin corroer como blanco, para controlar la pérdida de peso de las probetas corroídas. Con el cálculo del área total superficial y la pérdida de masa de la probeta se obtiene la velocidad de corrosión en mpy según la siguiente ecuación:

Donde: K: constante de corrosión (3.45 x 106). T: tiempo de exposición en horas W: pérdida de peso en gramos D: densidad del metal en g/cm3 A: área superficial de la probeta (cm2 )

CAPITULO 4 4. ANALISIS DE DATOS Para visualizar y analizar los resultados de las pruebas se construyeron las tablas 2 y 3, y las figuras 4, 5 y 6. Según se observa en la tabla 2 y la figura 4, la velocidad de corrosión es directamente proporcional al aumento de temperatura e inversamente proporcional al aumento del tiempo de exposición de la probeta en las sales. También se logra ver, que las probetas presentaron una mayor velocidad de corrosión en un tiempo de exposición de una hora; posiblemente esto pudo darse, por la ausencia de una capa protectora de óxido al inicio del ataque corrosivo, y cuando se forma esta capa de óxido, se disminuye el ataque corrosivo.

Tabla 2. Velocidad de corrosión del acero recubierto

Figura 4. Velocidad de corrosión del acero recubierto, para diferentes temperaturas Con lo anterior y según la tabla 2 y la figura 4, se puede deducir que el comportamiento de la velocidad de corrosión depende básicamente de la temperatura de exposición, ya que si ésta aumenta, la velocidad de corrosión también aumenta, además, la velocidad de corrosión tiende a un límite con respecto al tiempo, es decir, empieza a disminuir apresuradamente en las primeras horas de exposición y sigue decreciendo pero de una forma más lenta, indicando que esta velocidad llegará a estabilizarse en un valor casi constante después de un tiempo.

Tabla 3. Velocidad de corrosión del acero sin recubrir En la figura 5, se puede observar cómo la velocidad de corrosión incrementa a medida que la temperatura aumenta, contrario pasa con el tiempo de exposición, en donde la velocidad de corrosión disminuye y tiende a estabilizarse. También se observa, que para el tiempo de una hora las velocidades de corrosión son altas, lo que indica, la ausencia de capas de óxidos y que apenas se están formando dichas capas, por tal razón la velocidad de corrosión es mucho más rápida y que conlleva a una ligera estabilización de la velocidad de corrosión después que estas se han formado.

Figura 5. Velocidad de corrosión del acero sin recubrir, a temperaturas de 500 ºC y 600 ºC

En la figura 6, se observa cómo la velocidad de corrosión para una temperatura de 500 ºC es más alta para el acero sin recubrimiento. También se puede observar que a tiempos prolongados la velocidad de corrosión tiende a estabilizarse para los dos tipos de acero, pero, ésta sigue siendo mayor para el acero sin recubrimiento.

Figura 6. Comparación de un acero recubierto y el mismo sin recubrir, para 500°C Observando las diferentes figuras y comparándolas se muestra que el acero sin recubrimiento a tiempos de exposición de una hora presenta una velocidad de corrosión mucho más alta que la del acero recubierto a 600 ºC, pero, a partir de los tiempos de exposición de 7 horas en adelante. El acero recubierto presenta un incremento en la velocidad de corrosión con respecto al acero sin recubrir; esto se debe, a que a temperaturas por encima de los 550°C el recubrimiento comienza a desprenderse de la superficie; por tanto, no es recomendable este tipo de aleación para trabajar a dichas temperaturas.

CAPITULO 5 CONCLUSIONES * Los recubrimientos metálicos proporcionan una capa protectora que reduce la velocidad de corrosión sobre el metal recubierto, esta, no deja de ser inmune al ataque corrosivo sobre todo a altas temperaturas, donde los compuestos sulfato de sodio y pentóxido de vanadio (Na2SO4 y V2O5) alcanzan su temperatura de fusión, formando una capa estable de electrolito sobre la superficie del metal, la cual continúa el ataque de forma constante. * Se pudo comprobar que la aleación Ni-Cr en presencia de sales fundidas a temperaturas superiores a 550 °C y tiempos de exposición superiores a 7 h, no proporciona la protección esperada , debido a que la velocidad de corrosión es mayor en el recubrimiento que en el metal base; por lo tanto, no es recomendable para este tipo de requerimientos. * Se comprobó que la velocidad de corrosión es directamente proporcional al aumento de temperatura e inversamente proporcional al aumento del tiempo de exposición de la probeta en las sales (20% Na2SO4 y 80% V2O5).

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