La galvanización o galvanización ( también llamado galvanización o galvanización ) [1] es el proceso de aplicar una capa protectora de zinc al acero o al hierro , para evitar la oxidación . El método más común es el galvanizado en caliente , en el que las piezas se sumergen en un baño de zinc caliente fundido.
Acción protectora
La galvanización protege el hierro o el acero subyacente de las siguientes formas principales:
- El revestimiento de zinc, cuando está intacto, evita que las sustancias corrosivas alcancen el acero o el hierro subyacentes.
- Puede aplicarse galvanoplastia adicional, tal como un revestimiento de conversión de cromato, para proporcionar una pasivación superficial adicional al material del sustrato. [2]
- El zinc se sacrifica para proteger el metal subyacente y actúa como un ánodo de sacrificio. En caso de que el metal subyacente quede expuesto, la protección puede continuar siempre que haya zinc lo suficientemente cerca para acoplarse eléctricamente. Después de que se consume todo el zinc en el área inmediata, puede ocurrir corrosión localizada del metal base.
Historia y etimología
El primer ejemplo conocido de hierro galvanizado fue encontrado por europeos en armaduras indias del siglo XVII en la colección del Museo de la Armería Real . [3]
La etimología de la galvanización proviene del francés del nombre del científico italiano Luigi Galvani . Sin embargo, esta es una oscura formación posterior ; Galvani no participó en el recubrimiento de zinc .
El primer uso del término fue en la investigación científica y la práctica médica de fines del siglo XVIII por Galvani y significaba la estimulación de un músculo mediante la aplicación de una corriente eléctrica. Aunque Galvani fue el primero en estudiar esto, fue Alessandro Volta quien luego desarrolló una mejor comprensión de su causa y efecto. La explicación de Galvani de la 'electricidad animal' como causa fue reemplazada por la invención de Volta de la batería eléctrica y su uso para estimular el tejido animal. A pesar de la sustitución de sus resultados experimentales, fue el nombre de Galvani en lugar del de Volta el que se asoció con el campo.
El término "galvanizado" sigue usándose metafóricamente para cualquier estímulo que resulte en actividad por parte de una persona o grupo de personas, [4] como "galvanizar a la acción", lo que significa estimular a una persona o grupo complaciente a actuar.
En el uso moderno, el término "galvanizado" se ha asociado en gran medida con los recubrimientos de zinc, con exclusión de otros metales. La pintura galvánica, precursora del galvanizado en caliente , fue patentada por Stanislas Sorel , de París , el 10 de junio de 1837, como adopción de un término de un campo muy de moda de la ciencia contemporánea, a pesar de no tener una relación evidente con él. [5] [6]
Métodos
El galvanizado en caliente deposita una capa gruesa y robusta de aleaciones de zinc y hierro en la superficie de un artículo de acero. En el caso de carrocerías de automóviles , donde se aplicarán revestimientos decorativos adicionales de pintura, se aplica una forma más fina de galvanizado mediante electrocincado . El proceso de inmersión en caliente generalmente no reduce la resistencia en una escala mensurable, [ cita requerida ] con la excepción de los aceros de alta resistencia (> 1100 MPa) donde la fragilización por hidrógeno puede convertirse en un problema. [7] Esta deficiencia es una consideración que afecta la fabricación de cables de acero y otros productos sometidos a grandes esfuerzos.
La protección proporcionada por el galvanizado en caliente es insuficiente para productos que estarán constantemente expuestos a materiales corrosivos como ácidos , incluida la lluvia ácida en usos al aire libre. Para estas aplicaciones, se prefiere el acero inoxidable más caro . Algunos clavos hechos hoy están galvanizados. No obstante, la galvanoplastia se usa sola para muchas aplicaciones al aire libre porque es más barata que el recubrimiento de zinc por inmersión en caliente y se ve bien cuando es nueva. Otra razón para no usar recubrimiento de zinc por inmersión en caliente es que para pernos y tuercas de tamaño M10 (US 3/8 ") o más pequeños, el recubrimiento grueso por inmersión en caliente llena demasiadas roscas, lo que reduce la resistencia (debido a que la dimensión del acero antes del recubrimiento debe reducirse para que los sujetadores encajen entre sí). Esto significa que para automóviles , bicicletas y muchos otros productos mecánicos ligeros, la alternativa práctica a los pernos y tuercas de galvanoplastia no es el recubrimiento de zinc por inmersión en caliente, sino la fabricación de los elementos de sujeción del acero inoxidable o el titanio .
El tamaño de los cristalitos (granos) en los recubrimientos galvanizados es una característica visible y estética, conocida como "lentejuela". Al variar el número de partículas agregadas para la nucleación heterogénea y la velocidad de enfriamiento en un proceso de inmersión en caliente, la lentejuela se puede ajustar desde una superficie aparentemente uniforme (cristalitos demasiado pequeños para ver a simple vista) a granos de varios centímetros de ancho. Los cristalitos visibles son raros en otros materiales de ingeniería, aunque generalmente están presentes.
El galvanizado por difusión térmica, o Sherardizing , proporciona un recubrimiento de difusión de zinc sobre materiales a base de hierro o cobre. [8] [9] Las piezas y el polvo de zinc se vuelcan en un tambor giratorio sellado. Alrededor de 300 ° C (572 ° F), el zinc se difundirá en el sustrato para formar una aleación de zinc. La preparación de la superficie de avance de la mercancía se puede realizar mediante granallado . El proceso también se conoce como "galvanizado en seco", porque no hay líquidos involucrados; esto puede evitar posibles problemas causados por la fragilización por hidrógeno. La estructura cristalina de color gris mate del recubrimiento de difusión de zinc tiene una buena adhesión a la pintura, los recubrimientos en polvo o el caucho. Es un método preferido para recubrir metales pequeños de forma compleja y para alisar superficies rugosas en artículos formados con metal sinterizado .
Corrosión eventual
Aunque la galvanización inhibirá el ataque del acero subyacente, la oxidación será inevitable después de algunas décadas de exposición a la intemperie, especialmente si se expone a condiciones ácidas. Por ejemplo, los techos de láminas de hierro corrugado comenzarán a degradarse en unos pocos años a pesar de la acción protectora del revestimiento de zinc. Los ambientes marinos y salados también reducen la vida útil del hierro galvanizado porque la alta conductividad eléctrica del agua de mar aumenta la tasa de corrosión , principalmente al convertir el zinc sólido en cloruro de zinc soluble que simplemente se lava. Los bastidores de automóviles galvanizados ejemplifican esto; se corroen mucho más rápido en ambientes fríos debido a la sal de la carretera , aunque durarán más que el acero sin protección.
El acero galvanizado puede durar muchas décadas si se mantienen otras medidas complementarias, como revestimientos de pintura y ánodos de sacrificio adicionales . La tasa de corrosión en ambientes no salados se debe principalmente a los niveles de dióxido de azufre en el aire. [10]
Acero de construcción galvanizado
Este es el uso más común del metal galvanizado, y anualmente se galvanizan cientos de miles de toneladas de productos de acero en todo el mundo. En los países desarrollados, la mayoría de las ciudades más grandes tienen varias fábricas de galvanizado y muchos artículos de fabricación de acero están galvanizados para su protección. Por lo general, estos incluyen: mobiliario urbano, armazones de edificios, balcones, verandas, escaleras, escaleras, pasillos y más. El acero galvanizado en caliente también se utiliza para fabricar estructuras de acero como material de construcción básico para edificios con estructura de acero. [11]
Tubería galvanizada
A principios del siglo XX, la tubería galvanizada reemplazó al hierro fundido y al plomo usados anteriormente en las tuberías de agua fría . Por lo general, la tubería galvanizada se oxida de adentro hacia afuera, acumulando capas de placa en el interior de la tubería, lo que causa problemas de presión de agua y eventuales fallas en la tubería. Estas placas pueden desprenderse, dando lugar a impurezas visibles en el agua y un ligero sabor metálico. La esperanza de vida de las tuberías galvanizadas es de unos 40 a 50 años, [12] pero puede variar en función de qué tan bien se construyeron e instalaron las tuberías. La longevidad de la tubería también depende del espesor de zinc en el galvanizado original, que varía en una escala de G01 a G360, [13] y si la tubería fue galvanizada tanto por dentro como por fuera, o solo por fuera.
Desde la Segunda Guerra Mundial, las tuberías de cobre y plástico han reemplazado a las tuberías galvanizadas para el servicio de agua potable en interiores, pero las tuberías de acero galvanizado todavía se utilizan en aplicaciones al aire libre que requieren una resistencia mecánica superior del acero. El uso de tuberías galvanizadas da algo de verdad al mito urbano de que la pureza del agua en los grifos de agua al aire libre es menor, pero las impurezas reales (hierro, zinc, calcio) son inofensivas. [ cita requerida ]
La presencia de tuberías galvanizadas resta valor al valor de tasación de las viviendas porque las tuberías pueden fallar, lo que aumenta el riesgo de daños por agua. La tubería galvanizada eventualmente tendrá que ser reemplazada si el inventario de viviendas va a durar más que una expectativa de vida de 50 a 70 años, y algunas jurisdicciones [ ¿cuál? ] requieren que se reemplace la tubería galvanizada antes de la venta. Una opción para extender la vida útil de la tubería galvanizada existente es revestirla con una resina epoxi . [ cita requerida ]
Ver también
- Protección catódica
- Hierro galvanizado corrugado
- Corrosión galvánica
- Galvannealed - galvanización y recocido
- Metal prepintado
- Oxido
- Anticorrosión
- Proceso Sendzimir
- Sherardizing
- Corrosión
- Metal de sacrificio
- Ingeniería de corrosión
Referencias
- ^ "Galvanizar" . Diccionario de inglés de Cambridge . Consultado el 10 de noviembre de 2019 .
- ^ Magalhães, AA O; Margarit, IC P; Mattos, O. R (31 de julio de 1999). "Caracterización electroquímica de revestimientos de cromato sobre acero galvanizado" . Electrochimica Acta . 44 (24): 4281–4287. doi : 10.1016 / S0013-4686 (99) 00143-7 . ISSN 0013-4686 .
- ^ [1] Resumen del análisis XRF realizado el 30 de septiembre de 1999 o alrededor de esa fecha por el Royal Armouries Museum de Leeds y redactado como parte de una tesis de Helen Bowstead Stallybrass en el Departamento de Ciencias Arqueológicas de la Universidad de Bradford .
- ^ James AH Murray; et al., eds. (1989). El diccionario de inglés de Oxford . VI (2 ed.). Prensa de la Universidad de Oxford. pag. 340 . ISBN 0 19 861218-4.
- ^ Proceso para proteger de la oxidación artículos hechos de hierro o acero. " Especificación de la patente concedida a M. Sorel, de París, Francia, diciembre de 1837. Revista del Instituto Franklin (Filadelfia, Pensilvania), publicado por Pergamon Press, 1838 , a través de la Búsqueda de libros de Google.
- ^ [2] a través de la base de datos INPI.
- ^ "Selección de acero" . Asociación Americana de Galvanizadores . Consultado el 3 de abril de 2015 .
- ^ Porter, Frank C. (1991). Manual de zinc . Prensa CRC. ISBN 978-0-8247-8340-2.
- ^ Natrup, F .; Graf, W. (21 de noviembre de 2014). "20 - Sherardizing: protección anticorrosiva de aceros mediante recubrimientos de difusión de zinc" . En Mittemeijer, Eric J .; Somers, Marcel AJ (eds.). Ingeniería termoquímica de superficies de aceros: mejora del rendimiento de los materiales . Ciencia de Elsevier. pag. 737. ISBN 978-0-85709-652-4.
- ^ "Resistencia atmosférica" . Asociación de Galvanización (Reino Unido). Archivado desde el original el 22 de febrero de 2014.
- ^ Marshall (11 de octubre de 2019). "Acero galvanizado: tipos, usos, beneficios" . National Material Company - Instalaciones de procesamiento de acero . Consultado el 6 de febrero de 2021 .
- ^ Biard y Crockett (16 de mayo de 2016). "¿Cuánto tiempo durarán mis tuberías galvanizadas?" . Biard y Crockett . Consultado el 6 de febrero de 2021 .
- ^ Asociación Americana de Galvanizadores. "Recubrimientos de zinc" (PDF) . courtgalvanizinginc.com .