RECUBRIMIENTOS ELECTROLITICOS

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

INDICE

RESUMEN ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. .........................3 ........3 I

INTRODUCCION ............................... ................................................ ................................... .................................. ................................. ................................. ........................4 ........4

1.1.- IMPORTANCIA ............................... ................................................. ................................... ................................. ................................. ................................. .....................5 .....5 1.2.- JUSTIFICACION JUSTIFICACION .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .................................. ...................5 ..5 1.3.- OBJETIVOS................................ ................................................ .................................. .................................. ................................. .................................. ...........................6 ..........6 II

MARCO TEÓRICO ................................. ................................................. ................................. .................................. ................................. ................................. ...................7 ..7 2.1 GALVANOTECNIA .................... .................................... ................................. .................................. ................................. ................................. ..............................7 .............7 2.2.- GENERALIDADES SOBRE ELECTROLISIS ............................... ................................................ .................................. .................................9 ................9 2.2.1.- NOCIONES DE ELECTRICIDAD .............................................. ............................................................... .................................. ...........................9 ..........9 2.2.2 LEY DE FARADAY ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. .........................10 ........10 2.2.3 PROCESO ELECTROLÍTICO........................................... ........................................................... .................................. .................................. ...................11 ...11 2.3.- RECUBRIMIENTOS METALICOS................................... ................................................... ................................. .................................. .........................12 ........12 2.3.1.- Recubrimiento metálico electrolítico ................................. .................................................. .................................. .........................13 ........13 2.3.2.- Recubrimiento metálico por inmersión ................. .................................. ................................. ................................. .......................13 ......13 2.3.2.- PREPARACIÓN DEL MATERIAL A RECUBRIR: .................................. .................................................. ..............................14 ..............14 2.4.-COMPOSICION DE LOS BAÑOS ELECTROLÍTICOS ............................... ................................................ .................................. .................17 17 2.4.1. PLATEADO ............................... ................................................. ................................... ................................. ................................. ................................. ...................17 ...17 2.4.2 DORADO................................. ................................................. .................................. .................................. ................................. ................................. ......................20 ......20 2.4.3. CROMADO .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .................................. .................22 22 2.4.4. NIQUELADO ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................24 24

III. INGENIERIA DE PROCESO................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. .......................26 ......26 3.1 PLATEADO ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. .................................. ...........................26 ...........26 3.3.3 IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN EL PLATEADO ................................ ................................29 29 3.2 DORADO .................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ...........................32 ...........32 3.2.1 CARACTERÍSTICAS DEL BAÑO SELECCIONADO ................................. ................................................. ..............................32 ..............32 3.2.2 PREPARACIÓN SUPERFICIAL ................................. ................................................. ................................. .................................. .........................33 ........33 3.2.3 CONTROL DE VARIABLES................................. ................................................. .................................. .................................. ..............................35 ..............35 3.3 BAÑO DE CROMO BRILLANTE. .................................. .................................................. .................................. .................................. ...........................37 ...........37

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RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO 3.3.2 METODO DE ANALISIS DE SOLUCIONES GALVANICAS PARA EL BAÑO DE CROMADO ..39 3.3.3) IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN CROMADO .................................. ....................................41 ..41 3.4 BAÑO DE NIQUEL BRILLANTE ................................ ................................................ .................................. .................................. ..............................42 ..............42 3.4.1 CARACTERÍSTICAS DEL BAÑO SELECCIONADO ................................. ................................................. ..............................43 ..............43 3.4.2 METODO DE ANALISIS DE SOLUCIONES GALVANICAS PARA EL BAÑO DE NIQUEL .......44 3.4.3 IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN NIQUELADO ................................. ...................................46 ..46 IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................... ................................................ .................................. ...............................49 ..............49

4.1. CONCLUSIONES CONCLUSIONES .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .................................. .................49 49 4.2 RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................50 ...........50 V.- REFERENCIALES............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .........................50 ........50 ANEXOS ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................................. .........................51 ........51

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RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO 3.3.2 METODO DE ANALISIS DE SOLUCIONES GALVANICAS PARA EL BAÑO DE CROMADO ..39 3.3.3) IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN CROMADO .................................. ....................................41 ..41 3.4 BAÑO DE NIQUEL BRILLANTE ................................ ................................................ .................................. .................................. ..............................42 ..............42 3.4.1 CARACTERÍSTICAS DEL BAÑO SELECCIONADO ................................. ................................................. ..............................43 ..............43 3.4.2 METODO DE ANALISIS DE SOLUCIONES GALVANICAS PARA EL BAÑO DE NIQUEL .......44 3.4.3 IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN NIQUELADO ................................. ...................................46 ..46 IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................... ................................................ .................................. ...............................49 ..............49

4.1. CONCLUSIONES CONCLUSIONES .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .................................. .................49 49 4.2 RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................50 ...........50 V.- REFERENCIALES............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .........................50 ........50 ANEXOS ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................................. .........................51 ........51

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RESUMEN Los depósitos por vía electrolítica hacen alusión al recubrimiento de un objeto con una capa delgada de metal mediante electricidad. Los metales para recubrimiento más comunes son: oro, plata, cromo,  cobre, níquel, estaño y zinc. El objeto a ser recubierto generalmente es un metal diferente al utilizado para el recubrimiento, aunque puede ser el mismo o incluso, puede no ser un metal. Desde mediados del siglo pasado las industrias de depósito por vía electrolítica, han tenido una tremenda expansión gracias a su capacidad para neutralizar las pérdidas de metales no estables por deterioro de la corrosión. Dándole efecto protectores y decorativos a diversas superficies metálicas. El presente trabajo tiene como propósito propós ito analizar los recubrimientos electrolíticos Después en el capítulo II tratamos sobre la galvanotecnia y su clasificación, también tratamos sobre generalidades de la electrólisis, así como los diferentes materiales eléctricos y de electrolisis a utilizar, asimismo explicamos la preparación de las superficies a recubrir, tomando en consideración los baños auxiliares, como decapado y pulido electrolítico, sin restar importancia a los baños de desengrase, parte fundamental de la adherencia de los metales electro depositados. Se incluye además las diferentes composiciones y parámetros para los recubrimientos electrolíticos con plata, oro, níquel y cromo. En el capítulo III se procedió con los recubrimientos electrolíticos de dichas piezas metálicas ya sea a través del plateado, dorado, niquelado o cromado. En el capítulo IV se mencionan las conclusiones y recomendaciones a seguir en los procesos galvanostégicos.

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I

INTRODUCCION

La electrodeposición de metales y aleaciones, tanto en su ejecución como en la preparación de los objetos a ser recubiertos, conlleva el conocimiento de una serie de disciplinas complejas, como la eletroquímica, la mecánica, la metalurgia y la ingeniería. La práctica de revestir un metal con otro metal data de tiempos muy remotos, pudiéndose afirmar que los recubrimientos electrolíticos eran, al comienzo de carácter utilitario, pero más adelante los hallamos en el área de las monedas de trueque, revestidas de un metal precioso (discos de cobre con chapado de plata). Con el descubrimiento de la pila de A. Volta en 1800, se inicia la era de la electrodeposición de metales. L.V. Brugnatelli logró depositar por primera vez plata y oro, a partir de un baño ba ño de fulminato. El mismo año W. Cruickshank Crui ckshank usando el electromotor voltaico, conseguía depositar cobre a partir de un electrolito contiendo iones de ese metal. Treinta años después del descubrimiento de la electrodeposición de metales por Brugnatelli, un cirujano llamado Jhon Wright indicó que un electrolito basado en cianuro potásico era el más idóneo para la electrodeposición de oro y plata. Desde que E .Weston en 1875, construyó la primera dinamo para la galvanotecnia, en sustitución de las antiguas pilas, esta técnica alcanzó un gran auge, especialmente para la electrodeposición de níquel. Hasta mediados de 1916 en que O.P. Watts dio a conocer el famoso baño de níquel que lleva su nombre. En lo que respecta a recubrimientos de cromo, cabe indicar que los primeros intentos para depositar este metal por vía electrolítica comenzaron entre 1847 y 1954 por parte de Junot y Bunsen. Hasta 1905 en que H.R. Carveth explicaron los fallos debidos a una inadecuada densidad de corriente, no se comenzó a electrodepositar cromo de alguna calidad. En 1923 comenzó un auge de ese proceso, especialmente asociado al níquel en el par níquel-cromo para la prevención de la corrosión de hierros y aceros. Poco después L.N. Onsager había dado su teoría moderna de la conductividad. Al propio tiempo, W.N.Nernst había propuesto su ecuación, base de la Termodinámica T ermodinámica electroquímica.

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 A partir de la década de 1950 aparecería la “nueva Electroquímica” con el

tratamiento a nivel molecular de la transferencia de carga y la ecuación de la electroquímica básica formulada por Butler y Volmer. Gracias a ello, las firmas comerciales dedicadas a suministrar electrolitos, pudieron ofrecer baños brillantes, que contenían aditivos abrillantadores, que obviaban el pulido anterior a la deposición y el abrillantado final. Desde entonces, el denominador común de todas ellas, ha sido el afán de conseguir baños que dieran recubrimientos cada vez de mejor calidad. Esto dio un gran auge a la industria galvanotécnica que se convirtió en proveedora de las modernas factorías de componentes electrónicos, circuitos impresos, chips y otros dispositivos esenciales en la industria de comunicaciones y satélites. 1.1.- IMPORTANCIA La importancia del presente estudio radica en las las medidas que deberán tomarse para así poder afrontar los problemas contra la corrosión. El problema radica en que la corrosión es un fenómeno electroquímico cuyo efecto degradativo tiene una repercusión económica en todos los niveles de la sociedad. Dado que es un proceso espontáneo de la naturaleza e irreversible, se busca aminorar su impacto a través de diversas técnicas, una de ellas son los recubrimientos electrolíticos. 1.2.- JUSTIFICACION La finalidad de la presente trabajo de investigación, es presentar a los interesados, información acerca de de recubrimientos metálicos para la la industria, en especial los recubrimientos metálicos a base de oro o dorado, plata o plateado, cromo o cromado, níquel o niquelado. En el desarrollo se presentarán datos acerca de la materia prima, equipo, equipo, electrolitos electrolitos empleados empleados

así como como las las diversas diversas formas

existentes en las técnicas de recubrimientos metálicos las aplicaciones en la industria.

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1.3.- OBJETIVOS 1.3.1.-OBJETIVO GENERAL  

Describir la técnica de los recubrimientos electrolíticos de plateado, dorado, niquelado y cromado.

1.3.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS  

Detallar las diferentes composiciones de los baños electrolíticos (electrolitos) de los recubrimientos galvanostégicos de plateado, dorado, niquelado y cromado

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

Describir la técnica de recubrimientos electrolíticos de plateado.



Describir la técnica de recubrimientos electrolíticos de dorado.



Describir la técnica de recubrimientos electrolíticos de niquelado.



Describir la técnica de recubrimientos electrolíticos de cromado.

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II

MARCO TEÓRICO RECUBRIMIENTOS METÁLICOS PROTECTORES.

2.1 GALVANOTECNIA Es el proceso que consiste en recubrir los cuerpos (generalmente metales), con finas capas metálicas para evitar la corrosión. Esta tecnología tiene su origen o fundamento en recubrir un material el cual está inmerso en un electrolito ya sea por v ía electrolítica o de inmersión. 2.1.1.- GALVANOSTEGIA Es el proceso en el que por medio de la electricidad, se cubre un metal sobre otro a través de una solución de sales metálicas (electrólisis) con el objetivo de modificar sus propiedades superficiales, aumentar su resistencia a la corrosión y al ataque de sustancias químicas e incrementar su resistencia a la fricción y al rayado. La galvanostegia industrial trata del recubrimiento de metales baratos, con los que el objeto puede ser fabricado económicamente, mediante finas capas de otro metal que al mismo tiempo que mejora su aspecto, también aumenta sus propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión. Mediante ciertos procesos químicos o electroquímicos se puede dar al objeto recubierto cierto aspecto agradable al provocar coloraciones diversas Tipos de recubrimientos metálicos se distinguen tres tipos de procesos: 

Galvanizado en caliente



Recubrimientos electrolítico (galvanostegia propiamente dicha)



Recubrimientos químicos

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2.1.2.- GALVANOPLASTIA Es el recubrimiento metálico sobre objetos no metálicos, fabricados con materiales plásticos mediante capas finas de metales depositados electrolíticamente. Si se trata de cuerpos no metálicos, por ejemplo, vidrio, porcelana, madera, cera o plástico, es forzoso hacer primero conductora la superficie. Si el cuerpo es poroso se cubrirá este previamente con una capa de cera o parafina, cuidando de que se expulse el aire contenido en los poros. Otras veces se utiliza con el mismo fin varias capas de laca adecuada o barniz. Industrialmente se hace conductora la superficie de los cuerpos no metálicos, formando sobre estos una fina película de plata, siguiendo un método análogo al usado en el plateado de espejos. La solución de sal de plata empleada, se mezcla en el momento que se ha de utilizar, con la cantidad justa de otra solución reductora. El nitrato de plata (AgNO3) tiene una concentración de (5 al 10%) y se prepara precipitando con un hidróxido alcalino y redisolviendo este precipitado con la cantidad justa de amoniaco. Como agentes reductores pueden usarse soluciones de sacarosa (10% + 2cc de NO3H), Tártraro sodopotasico (2%) o formol (solución al 40%). La solución de plata y el reductor se mezclan en el momento de ser utilizadas y se añade sobre la superficie que ha de platearse; la realización práctica de este proceso se lleva acabo de varios modos según el tamaño y naturaleza del cuerpo a tratar. Para que la película metálica sea uniforme es preciso limpiar la superficie a platear; si se trata de vidrio, puede limpiarse con alcohol; para desengrasar, si se trata de un material plástico, habrá que elegir un líquido que no estropee la superficie.

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2.2.- GENERALIDADES SOBRE ELECTROLISIS 2.2.1.- NOCIONES DE ELECTRICIDAD Los procesos electrolíticos implican variables eléctricas que es conveniente revisar: • La corriente eléctrica (I): es la rapidez del flujo de carga que pasa por un

punto dado en un conductor eléctrico, que se origina por el movimiento de los electrones y es una medida de la cantidad de carga que pasa por un punto dado en la unidad de tiempo. Se mide en amperes( A). La resistencia (R): Es la oposición al flujo de carg a eléctrica, y está presente en todos los elementos. Es una propiedad específica del material, que está en función de sus propiedades como son: el tamaño, forma y temperatura. Es independiente del voltaje y la corriente que pasa a través de ella. La unidad de medida es Ohms(Ω). Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga a través de sí mismo. Un conductor eléctrico es un material por el cual puede transferirse carga fácilmente, la mayor parte de los metales son buenos conductores, existen diferentes tipos de conductores, clasificados por su naturaleza de conducción: Los conductores de primer orden son aquellos que poseen conductancia eléctrica, en los cuales los portadores de la carga son los electrones. Se caracterizan por tener una conducción sin transferencia substancial de masa. Los conductores de segundo orden poseen conductancia iónica o electrolítica, y los portadores de la carga son los iones. En este tipo de conductores se da una transferencia de masa asociada con la conductividad. Los conductores de tercer orden, llamados comúnmente semiconductores, poseen tanto conductancia iónica como eléctrica. Por lo general predomina el carácter eléctrico.

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2.2.2 LEY DE FARADAY En 1820, el descubrimiento, de Oester , de los efectos magnéticos causados por la corriente eléctrica creo un gran interés en la búsqueda de los efectos eléctricos producidos por campos magnéticos , que es la inducción electromagnética , descubierta en 1830 por Michel Faraday y Joseph Henry, casi simultáneamente y de manera independiente. Ampere había malinterpretado algunos experimentos, porque buscaba fenómenos eléctricos causados por campos magnéticos estáticos. Los experimentos de Faraday y Henry, mostraron que una corriente eléctrica podría inducirse en un circuito mediante un campo magnético variable. Los resultados de estos experimentos llevaron a la ley conocida como Ley de

Inducción de Faraday. Esta ley señala que la magnitud de la fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuito es igual a la razón de cambio en el tiempo del flujo magnético a través del circuito.

Michel Faraday propuso 2 leyes sobre la electrolisis:



1era ley de Faraday de la electrólisis.- la masa de una sustancia alterada en un electrodo durante la electrolisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida a este electrodo.



2da ley de Faraday de la electrólisis.- para una determinada cantidad de electricidad (carga eléctrica), la masa de un material elemental alterado en un electrodo, es directamente proporcional al peso equivalente del elemento. El peso equivalente de una sustancia es su masa molar dividido por un parámetro entero que depende de la reacción que tiene lugar en el material.

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2.2.3 PROCESO ELECTROLÍTICO El 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. Cuando conectamos los electrodos con una fuente de energía (generador de corriente directa), 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. Una reacción de electrólisis puede ser considerada como el conjunto de dos medias reacciones, una oxidación anódica y una reducción catódica Para explicar las reacciones en los electrodos, se considerará al cloruro de sodio fundido, porque sólo contiene dos tipos de iones Se utilizan electrodos inertes; que significa que no reaccionan químicamente con los iones sodio y cloruro. Los iones de sodio ( +) o cationes, son atraídos hacia el electrodo negativo (cátodo). El cátodo se hace negativo por la acción de la fuente que le bombea electrones Los electrones del cátodo están en un estado de elevada energía potencial. El ion sodio tiene carga positiva, esto significa que atrae electrones y que un electrón de un átomo de sodio tendría una menor energía potencial que un electrón del cátodo. Por lo tanto los electrones del cátodo se d esplazan hacia el catión, por diferencia de energía potencial. En el cátodo los iones de sodio se convierten en átomos de sodio por adición de un electrón. Este cambio químico representa una ganancia de electrones, p or lo tanto el sodio se redujo y pasó a estado metálico, en consecuencia, el cambio químico que siempre ocurre en el cátodo es de reducción. El ánodo es positivo ya que la fuente le bombea electrones fuera de él y además atrae iones cloruro (-) o aniones. En el ánodo los electrones poseen baja energía potencial.

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En cambio los electrones externos del ion cloruro se encuentran en un estado de potencial elevado. Cuando los iones cloruro llegan al ánodo le proporcionan electrones a este. Los electrones pasan de un estado de energía potencial elevada a uno de baja energía potencial. Los iones cloruro pierden electrones transformándose en átomos de cloro, los cuales a su vez forman moléculas de cloro gaseoso. La reacción anódica siempre es de oxidación. Las reacciones de oxidación y reducción ocurren simultáneamente, pero por separado, pues ocurren en diferentes puntos. La fuente no produce electrones, sólo los transporta de un lugar a otro, así los electrones que la fuente suministra al cátodo, provienen del ánodo. La función de la fuente es elevar la energía potencial de los electrones del cátodo. La naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado. 2.3.- RECUBRIMIENTOS METALICOS Consiste en depositar por vía electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de un artículo sumergido en una solución electrolítica. Los recubrimientos metálicos pueden llegar a tener diferentes usos, en cualquier caso por lo general son utilizados para evitar la corrosión de los metales, sin embargo existen otros usos como el endurecimiento de superficies, la rectificación o recobramiento de dimensión de alguna pieza, como simplemente para fines decorativos. TIPOS DE RECUBRIMIENTOS METÁLICOS



 Electrolítico



Por inmersión

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2.3.1.- Recubrimiento metálico electrolítico Los procesos de recubrimientos electrolíticos o químicos consisten en depositar por vía electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una solución de iones metálicos o electrolito. En este proceso se usan productos químicos relativamente puros, sales y metales, de forma que durante la operación se depositan completamente los metales empleados sobre las piezas. 2.3.2.- Recubrimiento metálico por inmersión El proceso de inmersión, es una técnica de conformación de polímeros consistente en introducir moldes, por lo general precalentados en un polímero líquido. Durante la inmersión el material circundante se adhiere al molde en forma de gel. Cuanto más caliente el molde este mayor será el grosor de la capa de gel. Posteriormente se retira el molde de la cuba con polímero líquido quedando el molde recubierto con una capa de polímero que luego se somete a un curado térmico. El proceso de inmersión se utiliza para obtención de piezas diversas y para el recubrimiento de piezas tanto con fines meramente estéticos como para protección de las piezas (resguardo de la corrosión) y aislación térmica o eléctrica de herramientas.

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2.3.2.- PREPARACIÓN DEL MATERIAL A RECUBRIR:



Desengrase o limpieza química.-esta etapa consiste en la eliminación de las grasas y aceites de la superficie de las piezas metálicas, para ello se utilizan tres tipos de desengrase considerando el tipo de grasa adherida en el material, estos son: -limpieza con álcalis por inmersión o rociado -desengrase con solventes orgánicos -desengrasado electrolítico con álcalis



Lavado de desengrase.- consiste en el lavado de las piezas con agua a fin de eliminar los residuos de la etapa anterior, ya que estos pueden producir manchas y recubrimientos irregulares. Para esta etapa, es requerida la utilización de agua y como resultado de la misma, se generan aguas residuales contaminadas con los químicos utilizados en el desengrase.



Decapado o desoxidación.- consiste en eliminar las capas de óxido formadas en las superficies de las piezas que se realiza cuando el recubrimiento es de tipo protector. El decapado se realiza sumergiendo las piezas en una solución que puede ser ácida o alcalina. Las soluciones alcalinas utilizadas pueden ser: hidróxidos y carbonatos, aditivos orgánicos e inorgánicos y surfactantes. Las soluciones acidas utilizadas pueden ser: ácido sulfúrico, clorhídrico, fluorhídrico. Como resultado de esta etapa, se originan aguas residuales y lodos debido a la remoción de los óxidos.



Lavado de decapado.-consiste en el enjuague de las piezas metálicas o plásticas en un tanque con agua para evitar el arrastre del ácido a las siguientes etapas del proceso. Para esta etapa, se utiliza agua para el enjuague, de lo cual se generan aguas residuales contaminadas con las soluciones aplicadas en el decapado.

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Preparación mecánica

de la pieza.-consiste en dejar la pieza tan

homogénea, lisa y brillante como sea posible para obtener un recubrimiento de alta calidad y apariencia .Esta etapa puede realizarse mediante el desbaste, esmerilado y pulido 

Limpieza física.-Luego de la homogenización y mediante la utilización de cepillos de fibra de 0.05-0.4mm de espesor, fibras sintéticas o lana, se procede a la eliminación de las partículas que quedaron impregnadas en las piezas metálicas, formando grumos en la superficie de las mismas. Para el desarrollo de esta etapa se requiere de materiales de limpieza (lana, fibras sintéticas), y agua a temperatura ambiente para eliminar las partículas que los cepillos no logran retirar.



Electrólisis.- es la etapa del recubrimiento de las piezas metálicas o plásticas propiamente dicha. Esta etapa consiste en la conservación de la materia, ya que, siempre que exista una sustancia que ceda electrones(se oxide),existirá otra que los tome( se reduzca).Un oxidante y un reductor completamente mezclados en una solución , permiten el intercambio electrolítico entre ellos. Cuando la electrolisis ocurre en una solución conductora llamada electrolito o baño electrolítico, la cual, a su vez se divide en anolito (parte de la solución que abarca el ánodo) y catolito (parte de la solución que abarca el cátodo), el movimiento iónico es causado por el campo eléctrico existente entre los electrodos y la corriente resultante consiste de iones cargados positivamente emigrando hacia el cátodo e iones cargados negativamente emigrando hacia el ánodo. Una corriente en estado estable requiere que la misma cantidad de carga, fluya a través de todas las partes del circuito eléctrico formado.

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Lavado en caliente.- En esta etapa, se retira la totalidad de las impurezas presentes en la pieza, debido al contacto con el baño electrolítico.

El lavado puede realizarse por inmersión de las piezas en un tanque de lavado con la solución, ya sea dentro de un tambor o por paso continuo de agua por medio de boquillas a un tanque con volumen constante con dispositivos de entrada y salida de solución de limpieza. Para el desarrollo de esta etapa del proceso se utiliza principalmente una solución diluida de ácido clorhídrico y agua, generándose agua residual con ácido clorhídrico residual. 

Secado.- Las piezas metálicas deben secarse, lo más rápidamente posible después del galvanizado y del lavado final para evitar la aparición de manchas sobre los depósitos metálicos. El secado se puede realizar en mesas de secado, hornos de secado o por medio del rociado con aire caliente. Para esta etapa del proceso se utiliza las mesas de madera para secado, aserrín como absorbente de la humedad de las piezas, aire a temperatura entre 85 y 90 ºC que por medio de un rociado entra en contacto con el material arrastrando la humedad superficial. Como resultado de este proceso se generan principalmente vapores y desechos de aserrín.

Aceitado.- El objetivo principal de esta etapa es el de colocar sobre la pieza una capa protectora contra la humedad del aire y que a la vez facilite su manejo. Para esto, la lámina o la pieza se pasan por un aceitador electrostático que permite colocarle pequeñas cantidades de aceite a la superficie de forma homogénea. Una vez concluido el todo el proceso antes descrito, se despacha el producto.

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Para el desarrollo de esta etapa se usa aceite, el cual brinda a las piezas un brillo característico y las protege de la humedad del aire. Como residuo puede producirse una pérdida de este aceite por goteo.

Almacenamiento.- Los productos galvanizados son almacenados en bodega previa a su despacho. Para el desarrollo de esta etapa, se necesita gas licuado de petróleo para el transporte de la carga hasta la bodega de los cuales se generan gases de combustión.

2.4.-COMPOSICION DE LOS BAÑOS ELECTROLÍTICOS 2.4.1. PLATEADO Para el plateado de acero, cobre, bronce y níquel  –latón se acostumbra poner un primero una capa de níquel y después usar el toque de plata en el níquel, antes del plateado electrolítico. La composición del baño electrolítico en el plateado es la siguiente: BAÑO ORDINARIO DE PLATA

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g/ lt

Oz/ gal

0.27

36

4.8

Plata,Ag

0.27

29

3.5

Cianuro de

0.92

60

8

0.65

42

5.6

0.65

45

6.0

0.001

0.0001

N

g lt

Oz gal

0.17

23

3.0

Plata , Ag

0.17

18

2.2

Cianuro d e sodio

0.67

33

4.4

Cianuro d e plata ,AgCN

potasio KCN Cianuro de potasio liberados , KCN Carbon ato de potasio,K  2 CO  3

Bisulfuro de carbonato , CS  2  Densidad de corrien te 5-15 a m p p i e 2    Temperatura 27° C (80F)

BAÑO DE NITRATO- CIANURO DE PLATA

Cianuro de palta , AgCN

, NaCN

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RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO Cianuro liberado

0.40

19

2.5

0.43

23

3.0

1.5

150

20.0

0.001

0.0001

N

g/ lt

Oz/ gal

0.31

41

5.5

Plata , Ag

0.31

33

4.0

Cianuro de

0.93

60

8.0

0.62

40

5.3

0.90

60

8.0

0.20

11

1.5

, NaCN Carbon ato de sdio , Na  CO 3 2  Nitrato de potasio , KNO  3 Bisulfuro de carbono , CS  2 Densidad de corrien te de 5 3 a15 amp p ie 

Temperatura 27° C (80F)

BAÑO DE PLATA CONCENTRADO

Cianuro de plata , AgCN

po tasio , KCN Carbon ato de potasio , K  2 CO  3  Hidróxido de potasio , KOH Densidad de corrien te 100 a m p p i e 2  Temperatura 45° C (113 F)

19

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

2.4.2 DORADO Los componentes esenciales de un baño electrolítico de oro son aurocianuro de potasio KAu (CN)2 y cianuro libre, KCN .debido al elevado costo de oro ordinario se emplean soluciones de oro relativamente débiles a fin de reducir la inversión y la perdida por arrastre. La concentración de oro es de ordinario entre 1 a 5 g/lt siendo el cianuro libre relativamente, por ejemplo de 3 a 5 g lt de KCN .puede agregarse carbonuro o fosfato para aumentar la conductividad. Las siguientes formas son típicas:

Or o m etáli co

N

g/lt

Oz/ gal

0.01

2.1

0.25

0,20

15

2.0

0,03

4

0.5

N

g /lt

Oz/ gal

0.04

8..4

1.0

0.16

11

1.4

0.12

8

1.0

(com o cianuro ) Cianuro de potasio(KCN) Fosfato de sodio (Na 2 PO 4 .12H  2 O)

Para depósitos gruesos

Or o m etáli co (com o cianuro ) Cianuro de po tasio (KCN) (cianuro lib re , KCN)

20

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

 A falta de cianuro de oro.

Dorado simple y enchapado.

21

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

2.4.3. CROMADO BAÑOS DE SALES DE CROMO El único baño practico de sales de cromo que ha sido reportado y que se basa en la electrolisis del cromo a partir de sus minerales en este proceso el baño consiste en una mezcla de sulfato de crómico, Cr 2 (SO4)3,  sulfato cromoso, Cr (SO4), y sulfato de sodio Na 2SO4. La eficiencia catódica se aproxima al 50% (computado para cromo trivalente). Los precipitados son grises y pueden contener, cuando mucho, un 4% de Cr 2O3, si bien puede servir para originar cromo metálico, no son adecuados para el cromado decorativo o industrial. BAÑO DE ÁCIDO CRÓMICO Debido a sus limitaciones de los baños de sales de cromo, todos los cromados se hacen con el ácido crómico .el constituyente esencial es el ácido crómico, que se introduce como anhídrido CrO3. En estas soluciones acuosas se forma ácido dicrómico, H2Cr 2O7  o ácidos pasivos más complejos. Es importante hacer notar que en algunos compuestos el cromo está en el anión, por ejemplo, Cr 2O7 y no se forma ningún ion del cromo cargado positivamente.

22

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

Otra formulación de baño muy utilizada es la siguiente:

 Anhídrido Crómico (ácido crómico).....................125-250 g/l.  Acido Sulfúrico ................................................1,2 -2,5 g/l. Temperatura de trabajo......................................45 a 55  oC Densidad de corriente.................................menos de 60 Amp/dcm2. Para aceros: 80 a 90Amp/dcm2 Rendimiento catódico..................................... 27 % Relación Ánodo /Cátodo...............................Mayor de 1/1 Número de litros/amperios............................. 2 a 1.

23

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

2.4.4. NIQUELADO Las siguientes formulas representan los tipos principales que se usan en depósitos de níquel .las concentraciones exactas y operación. NIQUEL SOLO (BAÑO FRIO, DILUIDO) Sulfato de níquel , NiSO4.6H2O Cloruro de amonio , NH4Cl Floruro de amonio , NH4F

N 0.9

g/lt 120

Oz/gal 16

0.25

15

2

0.57

65

8.7

BAÑO CALIENTE, TIPO WATTS

Sulfato de niquel

N

g/lt

Oz/ gal

1.8

240

32

0.4

45

6

0.5

30

4

, (NiSO   ) 4  Cloruro de niqu el ,(NiCl   ) 2  Acido b orico , H 3 B O 3  Temperatura 43° C (110 F)

NIQUEL BRILLANTE Típico baño de watts. Se usa dos o más tipos de agentes aditivos y agentes humectantes. PH, 2.3  –  4.5 corriente 2-7 amp / pie2

24

a temperatura de 43°C (110 F) y densidad de

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

NIQUELADO EN MAGNESIO

Su lfat o de n íqu el

N

g/lt

Oz/gal

0.45

60

8

0.56

35

4.7

, (NiSO 4 .6H 2 O) Ácido b órico , H 3 B O 3 

NIQUELADO PREVIO COBREADO Tiene la siguiente composición:

PARÁMETROS DE OPERACIÓN

25

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

III.

INGENIERIA DE PROCESO

3.1 PLATEADO El plateado electrolítico es un proceso que consiste en la deposición por vía electrolítica del metal plata sobre una superficie previamente acondicionada que puede ser acero, cobre, latón y zamak. Con un espesor variable según las necesidades, tiene como objetivo mejorar las propiedades técnicas o decorativas del material base. El proceso de plateado aplicado tanto en las instalaciones de bombo como en la de bastidor, consiste en un electrolito de tipo alcalino que permite obtener recubrimientos

de

plata

de

brillo

espectacular

a

cualquier

espesor

Los depósitos de plata obtenidos con este proceso son de gran pureza, y presentan una elevada dureza combinada con una excelente ductilidad. La elevada pureza de la plata depositada hace apto este proceso para piezas enfocadas a todo tipo de aplicaciones, desde contactos eléctricos que requieren elevada conductividad y resistencia a la temperatura, hasta objetos decorativos.

3.1.1 CARÁCTERÍSTICAS DEL BAÑO SELECCIONADO BAÑO DE PLATA CONCENTRADO N

g/ lt

Oz/ gal

0.31

41

5.5

Plata , Ag

0.31

33

4.0

Cianuro de

0.93

60

8.0

0.62

40

5.3

Cianuro de plata , AgCN

po tasio , KCN Carbon ato de potasio , K  2 CO  3 

26

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO Hidróxido de

0.90

60

8.0

potasio , KOH



Material a recubrir: Bronce



Ph: 2.3 - 4.5.



Temperatura de trabajo, 25 oC.



Tiempo de Ciclo:10-15 min



Agitación por aire



Tensión nominal: 2V



Densidad de corriente, 0.2-0.4 Amp/dcm2.

3.1.2 Métodos de análisis de los baños de plata

Contenid o en plata 

Reactivos 1 - Solución de sulfocianuro amónico 0, 1 N 2 -- Acido sulfúrico químicamente puro y concentrado 3 -- Ácido nítrico químicamente puro y concentrado 4 -- Solución al 2 % de sulfato férrico-amónico. Método operatorio -- Sacar 10 ml de baño con una pipeta y ponerlos en un Erlenmeyer 300 ml -- Añadir (bajo campana de aspiración) gota a gota una mezcla de ácido sulfúrico y ácido nítrico en proporción de 10:10 ml -- Agitar para disolver el precipitado blanco. -- Calentar hasta aparición de humos blancos y dio solución completa del precipitado. -- Dejar enfriar.

27

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

-- Añadir 100 ml de agua destilada, 5 ml de solución de sulfato férrico amónico. -- Valorar con una solución de sulfocianuro amónico hasta aparición de ligero color rosa. Sean V ml los leídos en la bureta. Cálculo V ml x 1,08 = g/I de plata g/I de plata x 1,23 = g/I de cianuro de plata C o n t e n i d o e n c i a n u r o p o t ás i c o l i b r e  

Reactivos 1 - Solución de nitrato de plata O, 1 N. 2 -- Solución de ioduro potásico al 10 % Método operatorio -- Sacar 10 ml de baño e introducirlos en un Erlenmeyer de 300 ml -- Añadir 100 ml de agua destilada y 5 ml De ioduro potásico. -- Valorar con una solución de nitrato de plata 0,1 N hasta la primera turbulencia permanente.

Con tenid o en carb on ato po tásic o 

Reactivos 1 -- Solución de ácido clorhídrico 1 N 2 -- Solución de cloruro de bario al 10 % 3 -- Poner orange 3 en solución al 0,04 % . 4 -- Papel de filtro para filtración media.

28

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

Método operatorio -- Sacar 10 ml de solución y pasarlos en un Erlenmeyer de 400 ml -- Añadir 200 ml de agua destilada y calentar hasta justo punto de ebullición. -- Añadir 20 ml de cloruro de bario. -- Dejar reposar el precipitado blanco y filtrar a través de un papel de filtro. -- Lavar cuidadosamente el precipitado con agua caliente. -- Poner el filtro y el precipitado en un vaso, añadir 100 ml de agua destilada y remover el papel y el precipitado con una barra de vidrio. -- Valorar con una solución de ácido clorhídrico agitando fuertemente hasta viraje de amarillo a rosa. -- Sean V ml de solución de ácido clorhídrico los leídos en la bureta.

3.3.3 IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN EL PLATEADO

Defectos

Causas

Corrección

1 ) Superficie mal desengrasada antes del depósito

Mala adherencia del depósito

Remontar o cambiar el 2) Piezas sin preplateado desengrase, verificar el o amalgamado resultado del desengrasado (spray test) 3) Pieza preplateada en un baño real equilibrado a) Metalizada químicamente muy rápida b) No se deposita plata bajo corriente

29

Efectuar el tratamiento Reconsiderar el ciclo operatorio

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

Depósito rugoso sobre todo

Finas partículas en suspensión dentro del baño

en las partes horizontales  Ánodo brillante y cristalino, Densidad de corriente elevada para un voltaje normal Falta de penetración  Ánodo recubierto de una capa blanca Depósito mate en las partes interiores

Valorar el contenido Exceso de cianuro potásico en cianuro libre, hace falta 1 g. de AgCN para disminuir libre el cianuro en 0,5 g/I.  Añadir por valoración de 5 1) Falta de cianuro potásico a 6 g/I de cianuro potásico hasta la obtención de un libre buen resultado y también verificar que la superficie 2) Superficie anódica anódica esté dentro de los Iímites aconsejados muy pequeña Ligera falta de cianuro potásico libre 1) Temperatura baño inferior a 15 ºC

Débil

intensidad una

para

tensión normal

2) Malos contactos 3) Exceso de carbonato potásico 4) Separación ánodo cátodo muy grande

Depósito quemado y pulverulento en las partes salientes Depósito semi-briIlante o mate en el conjunto de la pieza

30

Filtrar agitando el baño o mejor hacer trasvase de cuba

1) Exceso de densidad de corriente 2) Falta de plata metal 3) Falta de abrillantador

 Añadir 2 a 3 g/I. De cianuro potásico

Calentar el baño a 20 ºC. Verificar todos los contactos, restituir medio baño o tratarlos con cianuro de bario

Reducir la densidad de corriente  Añadir 4 a 6 g/I. De cianuro potásico o hacer la valoración Añadir el abrillantador según las instrucciones del suministrador

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

Consumo elevado de abrillantador Desarreglo rápido de la solución

Depósito desigualmente brillante y, a veces, con estrías en la superficie del depósito

Superficie anódica

Restablecer la relación

insuficiente

ánodo/cátodo correcta

1) Presencia de materia orgánica 2) Mal desengrase

Solución contaminada de cobre Depósito ligeramente amarillo o rosa y, a veces, velado Depósito manchado a la salida del baño

Manchas blancas después del secado

Mancha marrón o blanca aparecida después de unos días o semanas Depósito picado

31

1) Baño de preplateado muy viejo 2) Exceso de carbonato potásico

ltima agua lavado

de

conteniendo cloruros

Tratamiento con carbón activo con 4-5 g/I. Verificar la preparación de las piezas

Verificar o cambiar el baño Hacer la valoración del carbonato y regenerar medio baño o tratarlo con cianuro de bario

Verificar el contenido de cloruro en el agua de lavado

1) Mal lavado final, quedando trazas de baño

Difícil de evitar a pesar de los lavados

2) Poros en la película a Temperatura inferior a 15°C.

Lavar bien después del plateado y neutralizar en una solución cítrica o acética con 30 g/I., seguido de un lavado frío o caliente

3) Bajo contenido en cianuro

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

3.2 DORADO Luego de realizar el pre-proceso con la limpieza del material base, este es sometido al proceso de recubrimiento de oro. Los iones metálicos MZ+, que se encuentran en la solución, cargados positivamente con la valencia z, son transformados en átomos metálicos M, a través del recibimiento de número de electrones correspondientes e, siendo los átomos metálicos, sobre ciertas condiciones, los que forman una capa metálica sobre un objeto cualquiera. En la química una reacción que consume electrones se denomina “reducción”. Así, todos los procesos galvanotécnios de deposición de metales representan, del punto de vista químico una reacción de reducción. Los electrones necesarios para la reducción de los iones metálicos pueden ser obtenidos, con todo, a partir de soluciones acuosas. El proceso de recubrimiento es similar a todos los procesos de electrodeposición, en donde se sumerge el material en la solución cianhídrica y se procede a realizar la deposición directa del metal de recubrimiento siguiendo los parámetros expuestos con anterioridad. Habiendo seleccionado cuál es la característica de baño a utilizar se procede a dar cuales son las concentraciones de cada solución:

3.2.1 CARACTERÍSTICAS DEL BAÑO SELECCIONADO La composición del baño fue elegida por mostrarse más estable que los baños cianurados calientes y por ser esta composición la que se usa en los recubrimientos de partes electrónica, las características del baño seleccionado son las siguientes:

32

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

SOLUCIONES Oro (como cianurato dorado de potasio)

COMPOSICIÓN 4 a 12 g/L

 Ácido cítrico y citrato de potasio

90 g/L

pH (electrométrico)

3a6

Densidad de corriente

sobre 107 A/m2 Carbón o latino

 Ánodos



Material a recubrir: Latón



Ph: 2.3 - 4.5.



Temperatura de trabajo, 60 oC.



Tiempo de Ciclo:17 segundos



Agitación mecánica de la pieza



Tensión nominal: 2.5 V



Densidad de corriente, 2-7 Amp/dcm2.

3.2.2 PREPARACIÓN SUPERFICIAL Es muy importante antes de realizar cualquier tipo de dorado.

Esto es

realmente cierto en los dorados industriales, porque las partes son frecuentemente sometidos a condiciones de pruebas severas y su rechazo es costoso. Previo al recubrimiento, las piezas tienen que ser limpiadas y aisladas. Esta limpieza puede ser realizada por vía física o química. Dicho tratamiento deberá responder a las funciones específicas requeridas. Para que estas operaciones se realicen en buenas condiciones se deberán tener en cuenta que las piezas estén lo más limpias posibles, que las piezas presenten un número razonable de defectos, etc.

33

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

El tratamiento mecánico se lo efectúa por medio de un lijado de las probetas donde se realiza un desbaste utilizando lijas que se determinan según el tipo de material y sus características superficiales, para esta aplicación desde una lija #80 hasta una #1200, por medio de este proceso se deja un acabado fino para futuros proceso de pulido. A continuación se realiza un pulido con un disco de cerdas profiláctico y una pasta para pulir metales, este proceso se lo realiza en un esmeril preferiblemente a 4250 RPM, luego se realiza el mismo proceso pero con un disco de paño para el acabado final, con este se puede obtener muy buenos resultados en la calidad superficial ya que se eliminan muchas imperfecciones perceptibles a la vista que con un lijado muy fino no se logra por la suavidad del material base. El siguiente paso es el desbaste químico, este se lo realiza por medio de un proceso denominado pulido electrolítico, este pulido se lo realiza por medio de aplicación inversa de corriente al del proceso electrolítico, donde el polo positivo se lo coloca a la pieza a ser tratada, durante el pulido electrolítico la resistencia ohmica se torna menor en las elevaciones y mayor en las depresiones, apareciendo entonces densidades de corriente mayores en las elevaciones que en las depresiones, dándose remoción de metal en las elevaciones.Una vez realizado este proceso, a la probeta se le puede eliminar las soluciones utilizadas en el pulido con un enjuague en agua destilada e inmediatamente galvanizarla sin un proceso posterior.

POST PROCESO Luego de la electrodeposición se pueden realizar la limpieza al material para su análisis posterior, en este caso puede ser aplicada en una cuba donde se limpie con agua, una opción adicional puede ser la recuperación de la solución, en el caso de que sea considerable la cantidad de solución utilizada, esta recuperación puede ser por el medio de: precipitación, proceso de refinamiento

34

electrólisis,

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

3.2.3 CONTROL DE VARIABLES Control de Temperatura Un incremento de la temperatura puede ocasionar el aumento del tamaño de los cristales. Es así como en los depósitos de Au estos cambios estructurales ocasionan una disminución en la resistencia a la tensión, debido a que el depósito es más blando.

Densidad de Corriente Para obtener depósitos de Oro uniformes, es necesario que la densidad de corriente utilizada sea constante. Al aumentar la densidad de corriente hasta cierto límite se aumenta la velocidad de electrodeposición, sin embargo cuando la densidad de corriente excede el valor límite de trabajo, esto es la densidad de corriente crítica se presenta una tendencia a obtener depósitos rugosos, frágiles y con una mala adherencia.

Concentración de Baño Si se habla sobre la concentración de los baños, se puede decir que lo más apropiado es usar altas concentraciones para que las sales dadas cumplan con el proceso. Al emplear soluciones de alto contenido se pueden presentar ventajas y desventajas, si los ánodos no se disuelven la causa más probable es que el electrolito contenga iones de sodio, para esto se debe precipitar el oro y renovar el baño, sin embargo los ánodos presentan manchas oscuras, eso significa falta de cianuro de potasio, para lo cual hay que adicionar a la solución cianuro de potasio disuelto, este es el mismo caso si es que no se de posita el oro.

Tiempo de Inmersión El tiempo de inmersión es muy representativo ya que este determina cuán bueno es el proceso de acuerdo a costos, si los parámetros son óptimos y se determina un tiempo muy elevado el espesor de la película será demasiado grueso lo cuál conlleva a un costo muy excesivo de materia prima, al igual que si

35

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

se deja un tiempo muy corto el espesor de película será tan delgado que no cumplirá satisfactoriamente con los requerimientos del recubrimiento.

Agitación La agitación de la solución produce un suministro de sales e iones metálicos al cátodo, barre las burbuja gaseosas que pueden ocasionar hendiduras o cráteres, mezcla en excelente manera la solución e impide que las sales más pesadas se depositen en el fondo de la cuba.

ESPESOR ÓPTIMO DEL RECUBRIMIENTO En esta fase se procederá a realizar las variaciones de parámetros cambiando la corriente, la distancia ánodo  –  cátodo, variando el tiempo de exposición y el voltaje. Esto es realizar el control respectivo de las variables presentes de tal forma que se obtenga los espesores deseados en las probetas asignadas para el efecto. La cantidad de probetas ensayadas, nos permite realizar manipulaciones de datos en las cuales bajo las variaciones que se realicen se pueden obtener tablas, estas tablas pueden ser realizadas con respecto al espesor y con respecto al peso, como las siguientes: •

•

•

•

•

 Análisis del Espesor vs. Dist. Ánodo/Cátodo  Análisis del Espesor vs. Tiempo  Análisis del Espesor vs. Voltaje  Análisis del Espesor vs. Corriente  Análisis del Espesor vs. Densidad de Corriente

Y de la misma manera se realiza para el peso depositado. Con las curvas obtenidas se puede determinar cuan eficiente es cada baño y así seleccionar cual es el mejor proceso realizado.

36

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

3.3 BAÑO DE CROMO BRILLANTE. El constituyente básico de este baño es el ácido crómico, que se introduce al baño como anhídrido crómico. Es importante destacar que en algunos compuestos el cromo está en el anión, por ejemplo Cr 2O7-2 y no se forma ningún ión cargado positivamente. En general, en un baño de ácido crómico dado, la eficiencia del cátodo y la aparición del depósito dependen de la temperatura y la densidad de corriente. A una temperatura dada un incremento en la densidad de corriente aumenta la eficiencia del cátodo y origina la probabilidad de qu e el depósito se transforme en:   Lechoso.



 Brillante.



  Opaco.



  Quemado.



Estos cambios obedecen a cambios progresivos en la eficiencia del cátodo la cual es comúnmente del 10 al 15% para precipitados brillantes. Estas condiciones de dependencia en la aparición del depósito, hace necesario mantener la temperatura constante durante el cro mado. Por ejemplo si un baño es operado a 45 oC esta temperatura debería de ser mantenida, en rangos de 44 oC a 46 oC. También es importante mantener la densidad de corriente constante, y tan uniforme como se pueda .En superficies planas o en artículos aproximadamente regulares no es difícil mantener una densidad de corriente constante, sin embargo en modelos de geometría complicada o irregular la relación de máxima a mínima densidad de corriente es de dos y puede llegar a ser de cinco.

37

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

Es importante llevar a cabo las siguientes acciones a fin de que se trate de mantener la densidad de corriente constante: 

Mantener ánodos fijos y bien ajustados.



Mantener ánodos intermedios o bipolares.



Diseñar y acoplar “roba corrientes” para disminuir la corriente en

algunos puntos y sobre todo en los vértices. 

Colocar protectores para disminuir el efecto de la corriente, en las áreas más expuestas, o que no se deseen que se recubra.

3.3.1 CARACTERÍSTICAS DEL BAÑO SELECCIONADO La formulación y condiciones de operación son las siguientes:  Anhídrido Crómico (ácido crómico).....................125-250 g/l.  Acido Sulfúrico ................................................1,2 -2,5 g/l. Temperatura de trabajo......................................45 a 55  oC Densidad de corriente.................................menos de 60 Amp/dcm2. Para aceros: 80 a 90Amp/dcm2 Rendimiento catódico..................................... 27 % Relación Ánodo /Cátodo...............................Mayor de 1/1 Número de litros/amperios............................. 2 a 1.



Material a recubrir: Cobre



Ph: 2.3 - 4.5.



Temperatura de trabajo, 45-65 oC.



Tiempo de Ciclo:15-20 min



Agitación por aire



Tensión nominal: 10V



Densidad de corriente, 15-50 Amp/dcm2.

38

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

3.3.2 METODO DE ANALISIS DE SOLUCIONES GALVANICAS PARA EL BAÑO DE CROMADO CONTENIDO DE ACIDO CROMICO LIBRE Procedimiento: a) Tomar una muestra de 10ml., llevarlo a una fiola aforada de 500cm3. b) Enrasar con agua destilada. c) Después de homogenizar la solución tomar una muestra de 10ml. y llevarla a un Erlenmeyer de 300ml. d) Agregar 150 ml de agua destilada. e) Agregar 20ml de Acido Sulfúrico, al 50%. f) Agregar de 40 a 60 cm3 de Sulfato Ferroso Amónico 0,1 N y mezclar, agitar hasta nivelación de color verde azulado. (Anotar el gasto como cantidad”A”).

g) Luego proceder a valorar la solución, con Permanganato de Potasio 0,1N hasta aparición de color gris-plomizo, registrar esta lectura como cantidad “B”.

h) En un frasco poner 10 ml. de solución de Sulfato Ferroso Amónico, añadiendo 150 ml. de agua, y 20 cm3 de Acido Sulfúrico al 50%. i) Valorar esta solución con permanganato 0,1N, hasta aparición de color rosa, anotar este gasto como cantidad “C”.

((CxA/10-B)) x16.64 = CrO3 (g/l)

39

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

CONTENIDO CROMO TRIVALENTE Procedimiento: a) Tomar una muestra de 10ml y llevarla a una fiola aforada de 500 cm3. b) Enrasar con agua destilada. c) Después de homogenizar la solución tomar una muestra de 10ml y llevarla a un Erlenmeyer de 300ml. d) Agregar 150 ml de agua destilada. e) Agregar 20 ml de Acido Sulfúrico al 50 %. f) Agregar de 40 a 60 cm3 de Sulfato Ferroso Amónico 0,1 N y mezclar, agitar hasta nivelación de color verde azulado. (Anotar el gasto como cantidad “A”).

g) Enfriar y después titular con permanganato de potasio 0,1N hasta la aparición de color rosa. Anotar el gasto como cantidad “C”.

Cr +3(g/l) = (C-A) x0, 76

CONTENIDO ACIDO SULFURICO (COMO SULFATOS) Procedimiento: a) Tomar una muestra de 10 ml. de solución y llevarla a un vaso de 300ml. b) Agregar 10 ml. de Acido Clorhídrico concentrado. c) Agregar 25 ml. de Alcohol Etílico. d) Agregar 40 ml. de Acido Acético Glacial. e) Llevar a ebullición la solución durante un periodo de 15 minutos. f)

Luego de ello, diluir la solución con agua destilada caliente a 80 oC, hasta 150 ml.

g) Filtrar para eliminar cualquier impureza. h) El filtrado calentar hasta ebullición, y agregar lentamente 10 ml de Cloruro de Bario al 10%,(agregar un exceso, hasta verificar la precipitación).

40

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

i)

Agitar fuertemente, y luego de ello dejar reposar como mínimo 4 horas a 70 oC.

 j)

Filtrar la solución, y lavar el precipitado con agua caliente.

k) Calcinar y pesar el total como Sulfato de Bario.

SO4-2(g/l) = 100x Peso de la muestra x 0,41 3.3.3) IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN CROMADO DEFECTO VISIBLE

ORIGEN POSIBLE

CORRECCION

Depósito brillante

Presencia de grasa sobre

Remover el depósito de

pero con algunas

la capa intermedia de

cromo, lavar bien la

manchas opacas.

níquel.

superficie, secar y activar para cromar de nuevo.

Depósito ampollado

Pobre adherencia de la

Chequear la eficiencia del

y tendencia de la

capa de níquel, o muy

desengrase inicial y

capa de cromo a

duro, delgado o

asegurar el niquelado

pelarse desde el

quebradizo.

correcto.

Exceso de ácido sulfúrico.

Realizar análisis del baño y

metal base. corregir agregando carbonato de bario a razón de 2gpl por cada gpl de ácido que se debe reducir. Depósito quemado.

Muy alta densidad de

Reducir el voltaje y revisar

corriente o inadecuada

la posición de las piezas

orientación de las piezas.

para disminuir aristas vivas o puntos de atracción de corriente.

41

Muy baja temperatura del

Chequear y corregir la

baño.

temperatura.

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

Depósito con

Contactos ineficientes o

Verificar los contactos y

manchas marrones,

insuficientes para soportar corregir defectos. Utilizar

o iridiscentes.

la carga de corriente.

bastidores de mayor capacidad eléctrica.

Solución fuera de

 Analizar el baño y corregir

balance.

deficiencias.

3.4 BAÑO DE NIQUEL BRILLANTE Como ya es sabido, los baños de níquel básicamente tienen en su composición sulfatos y cloruros, así mismo contienen un tampón siendo el más conocido el ácido bórico. La mayoría de los recubrimientos de níquel se realizan a pH ácido, estos pueden variar de 1 a 6, dependiendo de la composición del baño y de la dureza del depósito. Los recubrimientos de níquel tienen una razón fundamental y muy buena, son básicamente una capa metálica resistente a la corrosión, esta mayormente se ubica como una capa intermedia, entre el metal base, y la capa metálica de acabado que puede ser cromo, oro, plata, etc.  Al igual que los baños ácidos de cobre, es importante manejar las variables de operación como son: el pH, temperatura, densidad de corriente, agitación. La elección del pH es regida por el tipo de baño (en este caso por el baño de níquel brillante) y las propiedades que se desean en el depósito, un aumento del pH especialmente encima de 5 produce depósitos más duros probablemente producto de una mayor precipitación y un incremento en la velocidad del depósito.  Así mismo los depósitos que se hacen a un pH menor de 3 serán probablemente suaves, y no alcancen un brillo tan bueno como los anteriores. La temperatura facilita la posibilidad de trabajar en condiciones de alta dens idad de corriente, así mismo ofrece las siguientes bondades: 

Incrementa la solubilidad del níquel u otras sales.



Mayor conductividad.

42

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO 

Reduce la polaridad tanto en el ánodo como en el cátodo.



Incrementa la eficiencia en ánodo y en el cátodo.

Entre las posibles desventajas se encuentran: 

Aumento de la tendencia en la hidrólisis y la precipitación de impurezas, como el hierro y el cinc que pueden causar porosidades en el depósito.



Incrementa la tendencia a precipitar y a acomplejar los abrillantadores.



Evaporan constantemente los abrillantadores.

3.4.1 CARACTERÍSTICAS DEL BAÑO SELECCIONADO La formulación empleada es la siguiente: N

g/lt

oz/gal

Sulfato de níquel, NiSO 4, 6H2O. .........

1.8

240

32

Cloruro de níquel, NiCl 2, 6H2O.............

0,4

45

6

 Ácido bórico, H3BO3.......................................

0,5M

30

4



Material a recubrir: Latón



Ph: 2.3 - 4.5.



Temperatura de trabajo, 50 oC.



Tiempo de Ciclo:15-20 min



Agitación por aire



Tensión nominal: 8V



Densidad de corriente, 2-7 Amp/dcm2.

43

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3.4.2 METODO DE ANALISIS DE SOLUCIONES GALVANICAS PARA EL BAÑO DE NIQUEL CONTENIDO DE NIQUEL METALICO. Procedimiento:

a) Tomar una muestra de 2ml., y llevar a un Erlenmeyer de 300ml. b) Diluir la muestra con 100ml. de agua destilada. c) Agregar 10 ml. de amoniaco, agitar fuertemente. d) Agregar 0,5 gr.de indicador Murexida. e) Si no apareciera el color amarillo pálido, esperar a que tome este color. f)

Titular con solución valorada de EDTA 0,1M hasta el viraje a color violeta (tener mucho cuidado porque este viraje es rápido).

g) Apuntar el gasto realizado.

1cm3 de EDTA 0,1 M = 0,02809 g. de níquel metálico (SO4) -2 Ni0 (g/lit.)= G x F.eq x M x F.s

CONTENIDO DE CLORUROS. Procedimiento: a) Tomar una muestra de 2ml., llevarlo a un Erlenmeyer de 300ml. b) Diluir la muestra con 100 ml. de agua destilada. c) Si el pH se encuentra debajo de 4, agregar 1gr. de carbonato de calcio. d) Agregar unas gotas de Cromato de Potasio. e) Titular con solución valorada de Nitrato de Plata 0,1N, hasta viraje de amarillo hasta rojo ladrillo. f) Anotar el gasto.

44

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

1cm3 de Nitrato de plata 0,1N = 0,05845 de Cloruro de Sodio NiCl2. 6H2O (g/lit.) = G x F.eq. x N x F.s Donde “F.s” es el factor de la solución.

CONTENIDO DE ACIDO BORICO Procedimiento: a) Tomar una muestra de 10 ml., llevarlo a un Erlenmeyer de 300ml. b) Agregar 25 ml.,de agua destilada. c) Añadir 5g. de Manitol y disolver. d) Adicionar 1ml. de indicador Púrpura de Bromocresol. e) Titular con solución valorada de Hidróxido de Sodio 0,1N. f) Esperar el viraje de la titulación de color verde, hasta color púrpura. g) Anotar el gasto realizado.

1 cm3 de Hidróxido de Sodio 0,1N=0,006184 gr. de ácido bórico H3BO3(gr/lit)=GxF.eq.xNxF.s.x1000

CONTENIDO DE SULFATO DE NIQUEL Este cálculo se realiza mediante la siguiente ecuación: NiSO4.6H2O (gr/lit.) = 4.5 (Ni0-0,247x NiCl2. 6H2O)

45

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3.4.3 IDENTIFICACION Y CORRECCION DE DEFECTOS EN NIQUELADO DEFECTO VISIBLE

CORRECCION

ORIGEN POSIBLE

Chequear las soluciones



de limpieza y asegurar que trabajen correctamente

Presencia de grasa sobre las piezas tratadas por

Examinar la superficie de



los baños de decapado,

desengrase defectuoso.

enjuagues, neutralización,

Desprendimiento

pasivadores, etc.

del depósito 

cuando la pieza

los artículos después de

recubierta es

limpiarlos

doblada o sometida a

pH del baño demasiado

esmerilado o

alto, que se conoce por

pulido.

turbidez del baño y apariencia oscura del depósito del níquel pH del baño demasiado bajo que se manifiesta por abundante desprendimiento del gas en el cátodo

46

No tocar con las manos

Chequear el pH del baño. Si el valor es muy alto agregar ácido sulfúrico en cantidad promedio de 3cc para cada 100l. de baño por cada 0,2 de pH que se desea reducir  Chequear el pH del baño. Si está muy bajo se corrige agregando carbonato de níquel o soda cáustica

Película alcalina

Chequear la alcalinidad en el

depositada sobre la

enjuague antes del

superficie de las piezas por

niquelado. Efectuar una

recubrir, debido a enjuague

inmersión de las piezas en

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

deficiente

una solución diluida de ácido sulfúrico. Los compuestos de cromo

Contaminación con

pueden ser reducidos con

oxidantes como soluciones

sulfato ferroso y después

de cromo, ácidos,

precipitados con carbonato

bicromato o nitratos; que

de níquel y separados por

se manifiestan por

filtración.

excesivo desprendimiento

Se puede prevenir dicha

de hidrógeno en el cátodo

contaminación enjuagando bien las piezas.

Interrupción de la corriente eléctrica durante la electrólisis. Niquelado sobre objetos con capa antigua de níquel, o de cromo.

Chequear los contactos eléctricos y el rectificador   Asegurarse de retirar adecuadamente la capa antigua de los objetos en proceso. Decapar las piezas en ácido hasta remover el óxido. El

Niquelado sobre piezas

empañamiento se limpia con

manchadas, empañadas u

solución de cianuro.

oxidadas.

No secar las piezas enjuagadas antes de niquelar.

Niquelado sobre una capa intermedia defectuosa, como por ejemplo cobre ampollado.

47

 Asegurarse que la capa intermedia esté adecuadamente formada

RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

Depósito negro en zonas de baja

Contaminación del baño

densidad de

con cinc, cobre o plomo

corriente pH muy bajo

Efectuar electrólisis en plancha de hierro o latón niquelado, a 0,6 voltios.  Ajustar el pH a 4.2-4.5  Agregar humectante en

Depósito picado

Falta de humectante

Depósito frágil que

Densidad de corriente

 Aplicar bien la cantidad de

se quiebra o se

demasiado alta.

 Amp/dm2

levanta con agua

Densidad de baño alta

Diluir el baño.

Falta de cloruros

 Adición de cloruros

Depósito rugoso,

Partículas en suspensión

Filtrar con carbón y verificar

con módulos

en el baño

filtros y sacos anódicos.

Depósito mate o

Falta de abrillantador

velado en zonas

primario (abrillantador

de alta corriente

básico).

caliente o por esfuerzo mecánico

dosis 0,1 gpl.

 Agregar pequeñas dosis de abrillantador primario.

Falta de abrillantador secundario o nivelante

 Ajustar el contenido de

según indicaciones de los

abrillantador secundario.

fabricantes. Depósitos con

Desbalance del baño, o

Verificar las constantes

brillo insuficiente

fuera de parámetros la

físicas y químicas del baño y

temperatura, densidad de

llevar a valores normales

corriente, etc. No hay deposición

Exceso de abrillantador

Hacer trabajar el baño sobre

en las zonas de

secundario

material de desecho, bajar

baja densidad de corriente

48

temporalmente el pH a 3,8

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IV.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. CONCLUSIONES 1. Las diferentes composiciones de los baños electrolíticos se detallan en el capítulo 2.4 de manera general y centrándonos en un baño electrolítico por cada proceso de recubrimiento. 2. La técnica del niquelado se encuentra detallada de manera específica en el capítulo 3.1, asimismo los análisis de las soluciones de los baños y los posibles defectos que puedan surgir después del recubrimiento. 3. La técnica del cromado se encuentra detallada de manera específica en el capítulo 3.2, asimismo los análisis de las soluciones de los baños y los posibles defectos que puedan surgir después del recubrimiento. 4. La técnica del dorado se encuentra detallada de manera específica en el capítulo 3.3, asimismo los análisis de las soluciones de los baños y los posibles defectos que puedan surgir después del recubrimiento. 5. La técnica del plateado se encuentra detallada de manera específica en el capítulo 3.4, asimismo los análisis de las soluciones de los baños y los posibles defectos que puedan surgir después del recubrimiento 6. El estudio de las reacciones implicadas en el proceso sirven de base para determinar la densidad de carga que se le debe suministrar al sistema. 7. Tener en cuenta el factor de temperatura y los grados de concentración de las sales en las soluciones de los baños electrolíticos

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RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS GALVANOSTÉGICOS: PLATEADO, DORADO, CROMADO Y NIQUELADO

8. El sector para el cual es dirigido el trabajo de recubrimiento metálico es un factor importante ya que se requiere de la característica del metal por el cual será empleado. 4.2 RECOMENDACIONES 1. En un taller de aplicaciones electrolíticas nada debe ser dejado al azar 2. Es necesario conocer con exactitud la composición de los baños y sus condiciones de trabajo, es decir, la densidad de corriente, la temperatura, el pH, etc. 3. Los espesores más convenientes para los diversos casos se hallan fijados en normas y es importante que ningún jefe de taller olvide proveerse de las mismas antes de efectuar cualquier trabajo. V.- REFERENCIALES 

Blum William, George B. “Galvanotecnia y Galvanoplastía”. México D.F

Editorial Cecsa. 

edición.1987.

Mantell, C.L “Ingenieria Electroquimica” Barcelona Editorial Reverté

Edición. 

 Anticona Suarez, Erick “Proceso de Recubrimientos Galvanicos”. Callao.

Informe de practicas preprofesionales. 1999. 

Rodríguez, Pedro Claudio. “ Plateado Electrolítico ”. Buenos Aires. Editorial

 Alsina. 

Rodríguez, Pedro Claudio. “Galvanoplastía Aplicada”.  Buenos Aires. Editorial

 Alsina.  

Edicion.2011. Edicion.1998.

Julve, Enrique. “perspectiva general del cromado industrial: características físicas del recubrimiento y tipos de cromado”. segunda época. Julio septiembre 2001. anales de la real sociedad española de química.

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 ANEXOS  A.1. GLOSARIO DE TÉRMINOS

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ANEXO I: GLOSARIO DE TERMINOS

Recubrimiento electrolítico: Consiste en depositar por medio de electroquímica unas finas capas de metal sobre una superficie sumergida en una solución de iones metálicos o electrolitos.

Corrosión: Es deterioro que sufren los metales cuando interactúan con el medio en el que están expuestos.

Galvanotecnia: Técnica de recubrir los cuerpos solidos (generalmente metales , capas metálicas por medio de corriente eléctrica y un electrolito.

Electrolisis: Proceso en el que se utiliza la energía eléctrica continua para generar una reacción redox no espontanea. Este fenómeno químico permite la descomposición de ciertas sustancias (electrolitos) generando nuevas sustancias simples o compuestas.

Galvanostegia: Técnica de recubrir finas capas metálicas sobre solidos metálicos.

Electrodeposición: Proceso electroquímico de chapado donde los cationes metálicos contenidos en una solución acuosa se depositan en una capa sobre un objeto conductor.

Electrolito: Sustancias químicas que disueltas en agua o fundidas (líquidos) son capaces de generar iones libres, que por acciones de fuerzas electrolíticas se mueven y conducen la corriente eléctrica

Electroquímica: la rama de la química que estudia: el uso de reacciones químicas espontáneas para producir electricidad (pilas o celdas galvánicas) , el uso de la electricidad para producir reacciones químicas no espontáneas (celdas electrolíticas) , procesos de corrosión. Se basa en reacciones de oxido reducción.

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