Pretratamiento de Superficies Metálicas: El Primer Paso para la Calidad

Transcripción

1 54 RECUBRIMIENTOS Foto: Pretratamiento de Superficies Metálicas: El Primer Paso para la Calidad Camilo Marín Villar Coordinador Metal Actual La preparación cuidadosa de la superficie es una inversión. Una rigurosa y correcta aplicación de los métodos de preparación superficial garantiza los resultados de los revestimientos, así como la aceptación del producto final. De poco sirve la utilización de las mejores pinturas y métodos de aplicación si no hay un adecuado proceso de limpieza previo. Las piezas metálicas habitualmente tienen huellas por su manipulación y mecanizado, marcas o residuos derivados de su transformación, también es probable que presenten polvo o una capa de aceite como medida de protección a la corrosión, taladrina e incluso una película de óxido natural; más si han estado almacenadas por largo tiempo. Todas estas impurezas deberán ser retiradas de la pieza antes de aplicar cualquier revestimiento. Si llegase a quedar un diminuto residuo de grasa, óxido o impurezas bajo el recubrimiento, las propiedades de protección de las pinturas y revestimientos seguramente se verían seriamente afectadas. Las pequeñas muestras de óxido ocasionan corrosión interna por picadura en áreas específicas de la pieza, la cual se extiende como un cáncer y afecta estructuralmente

2 ADMINISTRACIÓN 55 el producto. Así mismo, rastros de grasa o aceite impiden la adherencia del recubrimiento y ocasionan el levantamiento del mismo, lo que deja expuesto a los nocivos efectos ambientales el metal base. La preparación de la superficie a cubrir, para dejarla lista y libre de cualquier elemento extraño debe realizarse a través de cuidadosos pretratamientos superficiales. En general, todos los pretratamientos, para cualquier tipo de revestimiento (primers, pinturas y galvanizados), incluyen una etapa inicial de limpieza (desengrase y desoxidación) con el fin de preparar el material para la aplicación de la película final. Específicamente, para procesos de pintura, según la pieza y su uso, se acostumbra también el tratamiento con productos fosfatantes, los cuales reaccionan químicamente con el metal y forman una cubierta superficial que ayuda a fijar las capas del revestimiento y a proteger de la corrosión a la base sí hay ruptura de la cubierta de pintura. Actualmente, la industria y la competencia exige que como las empresas proveedoras y usuarias de los recubrimientos cumplan normas internacionales, establecidas por la Asociación Americana de Ingenieros de la Corrosión o NACE (National Association Corrosion Engineers, norma estadounidense), BS 4232 (Brithish Standards Institution, norma británica), SIS (Swedish Standards Institution, norma sueca) y SSPC (Steel Structures Painting Council, norma estadounidense). La cuales especifican los tipos y grados de preparación según el método, material y el uso final de la pieza. Además, aclaran y ofrecen recomendaciones que, a su vez, sirven como base para la Norma Técnica Colombiana (NTC). Compañías como la Refinería de Cartagena (Reficar), El Cerrejón, Haceb, Groupe Seb (Imusa), Pacific Rubiales, Holcim, Sofasa-Renault, GM Colmotores y Hino Motors, entre otras, realizan y subcontratan la aplicación de recubrimientos bajo altos estándares de calidad, para lo cual es indispensable emplear múltiples y consecutivas etapas de pretratamientos que garanticen películas cuya resistencia supere las 800 horas de cámara salina, prueba que permite determinar la resistencia a la corrosión en condiciones de extrema humedad y temperatura de cualquier pieza o material. (Ver recuadro: Ensayo de Cámara Salina). Cuestión de Método Tanto las instituciones internacionales como la normatividad nacional distinguen claramente dos grupos básicos de pretratamientos superficiales: Los tratamientos mecánicos y los químicos: Tratamientos mecánicos: Son los diferentes tipos de limpiezas que Ensayo de cámara salina Con el fin de evaluar el comportamiento de los sistemas protectores (pretratamiento y revestimiento final), y de los materiales en sí mismos, la industria cuenta con diversas pruebas y ensayos que cuantifican el efecto que tiene la corrosión sobre éstos. Uno de los más comunes, sino el más común, es la prueba de Cámara Salina. Básicamente, el procedimiento involucra el pulverizado de una solución salina sobre las muestras a ensayar en una cámara con temperatura controlada. Tal como explica el ingeniero Hugo Zea, coordinador del Laboratorio de Electroquímica y Corrosión, de la Universidad Nacional de Colombia con sede en Bogotá, el ensayo con niebla salina permite realizar pruebas de resistencia a la corrosión en condiciones de extrema humedad y temperatura a cualquier pieza o material. Lo cual es especialmente valioso para comprobar la vida útil de los revestimientos en los metales como la pintura. Así, en medio de una solución salina al 5% (cloruro de sodio NaCl), las muestras a ensayar son introducidas a la cámara, luego la solución salina es pulverizada como una niebla muy delgada sobre las muestras; mientras la temperatura en la cámara se mantiene en un nivel constante (35 C). Como el pulverizado es continuo, las muestras permanecen siempre húmedas, y por eso están sujetas a la corrosión constante. A través de los años, se han agregados nuevos cambios para estimular mejor las condiciones ambientales especiales, pero el proceso más común está descrito en la norma ASTM B 117. Zea aclara que, aunque muchas empresas solicitan pruebas con pocas horas de exposición, es recomendable que el ensayo no sea menor a 100 horas, con el fin de lograr registrar la evolución del ataque corrosivo en la muestra de manera clara y determinante. También hay clientes cuyos recubrimientos necesitan ser evaluados por largos periodos de tiempo (más de 800 horas) pues seguramente el producto estará expuesto a condiciones extremas, al aire libre en ambientes a nivel del mar o sumergido. Los investigadores, para mantener la objetividad y confidencialidad, no conocen el nombre de las compañías contratantes ni del uso final de la pieza, en general las empresas que solicitan este servicio a la Universidad Nacional proceden de múltiples sectores: automotriz, electrodomésticos, componentes eléctricos, cerrajería, tornillería y la industria de los plásticos, entre otros. Si la empresa, además de la prueba requiere algún tipo de consultoría de los profesores e investigadores, esto se realiza a través de otra figura interna denominada extensión. El Laboratorio de Electroquímica y Corrosión está en trámite de acreditación y espera que en menos de un año y medio ya tenga la certificación de la Organización Nacional de Acreditación ONAC. se realizan con medios abrasivos y que buscan eliminar la capa superior del metal junto con cualquier suciedad. Los diferentes procesos consisten en el cepillado, pulido o lijado mecánico del sustrato, mediante pulidoras, discos, gratas y lijas o, bien, mediante la proyección a gran velocidad de material abrasivo (arena de sílice, granallas, perlas de vidrio, cascarilla, etc), sobre la superficie de la pieza. El buen manejo y la elección adecuada del pretratamiento mecánico, no sólo beneficia la resistencia a la corrosión de la pintura sino que también crea una rugosidad superficial idónea para la adherencia de la película ya que mejora la fuerza de anclaje, aumentando la superficie de contacto. Este el caso de la granalla, la cual además de eliminar las impurezas superficiales, penetra superficialmente el metal y genera microporos que

3 56 RECUBRIMIENTOS facilitan la adherencia mecánica del recubrimiento. Esta rugosidad se conoce como el perfil de la superficie. La profundidad de los microporos de dicho perfil varía según el uso que se le dará a la pieza y los factores ambientales a soportar, por ello también se utiliza uno u otro tratamiento mecánico. Es muy importante conseguir la profundidad del perfil y el espesor correcto de la capa de producto para garantizar el excelente comportamiento de los recubrimientos. (Ver diagrama 1). La elección del método de limpieza mecánica depende también del estado superficial de la pieza y la cantidad de óxido a remover, así las cosas la industria se puede enfrentar, por ejemplo, a aceros con superficies de laminación intactas y con muy poca o ninguna oxidación y/o materiales muy oxidados con una capa de laminación con herrumbre y corroída (Ver cuadro: Tipos de granallado). Rodrigo Gallego, experto en el tema y gerente de Gamma Química Ltda., empresa fabricante desengrasantes y fosfatos, explica que la limpieza mecánica es muy efectiva, pero a menos que las operaciones posteriores se realicen de inmediato, es muy posible que se presente una reoxidación y manchado muy rápido. Por ello, recomienda que Los fabricantes de recubrimientos incluyen en sus productos información relevante sobre el perfil de anclaje minimo en micras (μm) recomendado para el sustrato a proteger. En la gráfica el perfil malo no tiene la profundidad correcta para que la película se adhiera mecánicamente a la pieza. El perfil correcto sí presenta una rugosidad adecuada, mientras que en el último muestra una capa de pintura insuficiente que no alcanza cubrir los picos más altos de la superficie, por lo que hay riesgo que en estas áreas se presente corrosión. Algunos tipos de granallado 1 (SP-7/N4) Muy ligero sobre áreas limpias con eliminación de restos sueltos de la superficie. 2 (SP-6/N3) Limpieza sustancial por chorreado con eliminación de restos visibles y extendidos hasta la aparición del color del metal base. 2.5 (SP- 10/N2) Limpieza intensa por chorreado dejando sombra de metal gris con contaminación. 3 (SP-5/N1) Limpieza completa por chorreado con aparición del color de metal en toda la superficie y sin restos visibles de óxido. Fuente: luego de efectuado un tratamiento mecánico es necesario limpiar con aire a presión la pieza para eliminar los restos del abrasivo y proceder a aplicar el primers adecuado y un fosfato. Tratamientos químicos: 1. El desengrase químico: Este pueden aplicarse por aspersión o por inmersión, con disolventes orgánicos clorados, o en soluciones acuosas alcalinas, emulsiones jabonosas con poder emulsificador (detergentes), que eliminan polvo, grasas, pinturas y barnices. La solución limpiadora es aplicada suavemente o mediante equipo de presión, seguido de un lavado con agua natural y secado al aire, con trapo, con equipo de vacío o simplemente utilizando aire seco. En la aplicación por inmersión las piezas se sumergen simultáneamente en una cuba con disolvente para lograr el efecto desengrasante. El método por aspersión, también llamado por vapor, los disolventes del baño se evaporan y producen vapores que contactan con la pieza realizando la limpieza. El estado y tamaño de las piezas es lo que determina el procedimiento a emplear, así como también el tipo de instalación a utilizar; por ejemplo: para piezas que fueron recién mecanizadas, sin óxidos y sólo ligeramente engrasadas, será suficiente con un desengrase ligero o un desengrase alcalino suave. En el caso contrario es necesario un desengrase enérgico alcalino o por emulsión, seguido de un decapado o desoxidado. En ambos casos, y antes del anticorrosivo, es imprescindible uno o varios enjuagues con agua fría y caliente. Con

4 RECUBRIMIENTOS 57 una alta exigencia de calidad suele ser aconsejable realizar varios desengrases y enjuagues. Actualmente, la industria cuenta con gran diversidad de productos y desengrasantes y desoxidantes, entre los disolventes clorados más utilizados están el tricloroetileno y percloroetileno. Estos químicos, tienen características interesantes, como la posibilidad de mantener secas las piezas luego de tratadas, la capacidad de formar películas residuales y, además, son fácilmente recuperables. En el mismo equipo desengrasante, pueden ser utilizados los productos en ebullición, por inmersión en líquido o vapor. El método más empleado consiste en retirar con un trapo o estopa embebida en solvente, los materiales que pudieran perjudicar la adherencia. El trapo y el disolvente deben ser cambiados a menudo para evitar esparcir la contaminación. Esta alternativa es poco recomendable ya que es ineficiente y no ofrece los mejores resultados. Por otra parte, existen empresas que sumergen en un tanque las piezas, lo cual conlleva a que, después de varios ciclos, el disolvente se contamine con los residuos grasa y mugre, por lo que es necesario remplazar el solvente cada cierto número de ciclos. La mayoría de las grandes empresas, especialmente del sector automotor, electrodomésticos, maquinaria industrial y eléctrica, así como la industria de hidrocarburos y la minería, realizan procesos de desengrase por vapor. El cual, normalmente, consiste en exponer la pieza al vapor del solvente que se genera en una cuba o tanque, donde se calienta el líquido y se produce una nube, que al tocar la pieza fría se condensa y arrastra la grasa al fondo de la cuba, dejando la pieza totalmente desengrasada. Este proceso es el más costoso pero no contamina el vapor del solvente, por lo cual puede reutilizarse una y otra vez; por ello, con relación costo-beneficio, es el más eficaz y el que permite mayor economía de disolvente. El sistema mixto inmersión-vapor combina las mejores características de ambos sistemas y se utiliza fundamentalmente en piezas de geometría compleja donde los picos del sistema de aspersión no son eficientes. 2. Desoxidación o decapado: Básicamente son métodos destinados a limpiar y desoxidar la superficie del acero para conseguir un buen anclaje del recubrimiento, al mismo tiempo complementar la perfecta limpieza del sustrato, después del desengrase. Para esto, además de los sistemas mecánicos como el granallado, se pueden emplear ácidos (químicos).

5 58 RECUBRIMIENTOS Foto: El decapado o desoxidado con ácido, dado su bajo costo es el más utilizado en la industria nacional, siendo los más comunes los ácidos sulfúrico, clorhídrico y fosfórico. Según el proceso se emplean diferentes ácidos, para adecuar la superficie para posterior pintado se recomienda el uso de ácido fosfórico, ya que favorece la adherencia de la pintura. Tal como explica el ingeniero mecánico Bernardo Reyes, gerente general de Recubrimientos Industriales, compañía dedicada a la aplicación de revestimientos galvánicos. La desoxidación con ácidos sólo es recomendable para tratar aceros, ya que estos químicos afectan y dañan los metales no ferrosos como el aluminio y el cobre. Reyes menciona que los solventes del tipo clorado, aunque permiten obtener buena adherencia de la capa de pintura, la resistencia a la corrosión es muy pobre. De tal forma, la limpieza con estos productos sólo es aconsejable como paso previo a la fosfatización o para piezas que no tengan exigencias de corrosión. En últimas, el ingeniero destaca que cuando la pieza este perfectamente limpia, desengrasada y desoxidada; léase: perfecta, no solamente aceptable o bien, el recubrimiento será excelente. Si no se realizan estos dos pasos correctamente, el trabajo, inversión y Desengrase por inmersión. tiempo se pierden, porque el recubrimiento no tendrá la suficiente adherencia y resistencia. Fosfatación Una vez se realizan los tratamientos químicos y/o mecánicos, por separado o combinados, para el desengrase y desoxidado de las piezas, los expertos en pintura proceden a aplicar productos fosfatantes en los metales, lo cual es posible realizar a través de aspersión o inmersión. El fosfatado es una cubierta de conversión formada por la reacción superficial de un metal (hierro, zinc o aluminio) con soluciones que contengan ácido fosfórico para formar compuestos (fosfatos) insolubles sobre el metal. Así, la superficie metálica reacciona y los átomos de hierro se transforman en fosfatos de hierro o zinc; las funciones del fosfato son fijar las capas orgánicas al metal y prevenir de la corrosión a la base sí hay ruptura de la cubierta de pintura. A nivel nacional y para el tratamiento de metales que van a ser pintados se emplean regularmente fosfatos de hierro y de zinc. Al primero, se le denomina fosfatación amorfa, término que se utiliza en contraposición de la fosfatización microcristalina del fosfato de zinc, simplemente porque las partículas de hierro generadas en Algunos laboratorios que prestan el servicio de cámara salina Institución Nombre Contacto Página web Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá Universidad de Antioquia Universidad Industrial de Santander en Guatiguará- Piedecuesta. Ecopetrol Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Sede Central Tunja Boyacá Laboratorio de Electroquímica y Corrosión Centro de Extensión Académica - CESET Corporación para la Investigación de la Corrosión CIC ICP Instituto Colombiano del Petróleo Instituto para la Investigación y la Innovación en Ciencia y Tecnología de Materiales Ing. Hugo Zea Ing. Natalia Alejandra Rodríguez Serrano Juan José Gómez Caro hrzear@unal.edu.co ceset@udea.edu.co nrodriguez@corrosion. uis.edu.co portafolioicp@ecopetrol. com.co corrosion.uis.edu.co com.co/especiales/ Portafolio%20ICP/.../ index.htm Ing. Viviana Parada incitema@gmail.com

6 la reacción con el acero visualmente no presentan cristales definidos al microscopio, como sí lo hacen las de zinc. El fosfato de hierro presenta algunas propiedades fundamentales: -- Brinda a la pintura buen anclaje con excelentes propiedades mecánicas, al menos iguales a la fosfatización cristalina (zinc) de bajo espesor. -- Imparte una buena protección anticorrosiva, si bien inferior al fosfatado de zinc, pero claramente superior a la pintura sobre metal desnudo. Así y según la recomendación de Rodrigo Gallego, el fosfato de hierro es apropiado para preparar la superficie antes de pintar, de preferencia en artículos metálicos que se utilizan en interiores. Por su parte, el zinc entrega mejores resultados y es para metales que requieran de gran protección anticorrosiva, como los empleados en la industria automotriz, de electrodomésticos y todas aquellas que proyectan su producción a la exportación, para garantizar sus productos. La capa fosfato hace las veces de agente útil para el revestimiento final, pues, por si mismo, protege limitadamente al metal contra la corrosión, por lo que siempre debe ir acompañado de una película de pintura u otro acabado. Sin embargo, al fosfatar no es necesario pintar los componentes de inmediato; como sí lo es, por ejemplo, después de desengrasar con tricloroetileno. Actualmente, la industria cuenta con productos que realizan las tres acciones de pretratamiento superficial simultáneamente (desengrase, desoxidado y fosfatado). El cual es muy usual en los talleres colombianos de carpintería metálica, pues no requiere mayor inversión, se puede aplicar manualmente (estopa o brocha) y no necesita grandes instalaciones. Finalmente, con el fin de lograr excelentes resultados, especialmente en estructuras de acero que serán puestas en ambientes salinos conviene aplicar sellantes o realizar procesos de pasivado. Sin embargo, conviene advertir los nocivos efectos de los lodos o desechos del pasivado, los cuales contienen altos niveles de cromo hexavalente; en este caso se debe preferir el tratamiento con cromo trivalente, que es amigable con el medio ambiente y la salud. Pretatamientos para Metales Especiales El acero, aún más que los metales no ferrosos y el inoxidable, suele recubrirse mediante un sistema protector, con el fin de obtener una mejor protección del sustrato que al final se traducirá en una mayor vida útil y la reducción de costos de mantenimiento. Existen metales y aleaciones, como el aluminio, cobre, bronce, acero inoxidable, hierro galvanizado y otros, que tienen características muy especiales que los diferencian de los aceros. Estas superficies tienen tratamientos

7 60 RECUBRIMIENTOS Foto: superficiales o son naturalmente resistentes a la corrosión, por lo que no es aconsejable aplicar métodos de limpieza abrasiva, que pueden destruir la película protectora. Por otro lado, todas ellas son extremadamente lisas en su superficie y muy estables químicamente, lo que dificulta la adhesión de las pinturas que se aplican sobre ellas, en estos casos se hace necesario el uso de tratamientos especiales. Alambre de acero con fosfato de zinc. Por ejemplo; el acero galvanizado y el aluminio usualmente no requiere preparación de superficie exhaustiva y por lo general, es suficiente una limpieza con estopa impregnada de algún solvente con el fin de remover aceite o grasa en el sustrato. Para una mejor adherencia de una pintura en el aluminio se recomienda utilizar ligera limpieza con chorro de abrasivo o un tratamiento suave fosfatizante especial. Tipos de superficies a cubrir y pretratamientos recomendados Decapado o desoxidado Desengrase Fosfatizado Material Solvente Alcalino Acido Mecánico Hierro Zinc Hierro o acero Aluminio y sus aleaciones Hojalata Hierro galvanizado X * X X * X X X Cobre y sus aleaciones X X X X Tratamiento recomendado * Únicamente si se utilizan soluciones muy diluidas y durante poco tiempo X Tratamiento no recomendado Fuente: Vilba Argentina. En Colombia, hay empresas que emplean diversas tecnologías de pretratamiento, desde granallado en doble etapa, limpieza química, pretratamiento de pipeline en el sector petrolero para aplicación de FBE, hasta aplicaciones muy sencillas de desengrase y enjuague (exhibidores de lámina y alambre). Sin embargo, sin importar el tipo de revestimiento o el producto, no hay que escatimar esfuerzos en la limpieza y preparación inicial, ya que de estas depende el éxito de todo el proceso. El comportamiento en servicio de un recubrimiento depende esencialmente del cuidado de cada etapa del proceso. Como en un rompecabezas las piezas deben encajar entre sí para construir una película protectora resistente. Uno de los errores más comunes es suponer que la simple aplicación de revestimientos de alta calidad garantiza los resultados, o que a mayor espesor de las capas se logra una mejor protección. Es frecuente subestimar la importancia de la preparación de la superficie y no destinar esfuerzo, tiempo e inversión a la limpieza. No se trata simplemente de limpiar bien el metal, el asunto es elegir un método compatible con todo el proceso de aplicación y el uso final del recubrimiento. Sin una limpieza superficial adecuada, el revestimiento, por bueno que sea, fallará enseguida y la corrosión afectará la base del metal. Fuentes Orlando Terán Chávez. Ingeniero. Director de Operaciones y Área Técnica para Suramérica, Dupont Coating Solutions. ventasdpwc@ dupont.com Rodrigo Gallego. Gerente de Gammaquimica Ltda. Tratamiento de superficies metálicas. gammaquimicaltda@hotmail.com Bernardo Reyes. Ingeniero mecánico. Gerente de Recubrimientos Industriales S.A. info@ recubrimientosindustriales.com.co Hugo Zea. Ingeniero, coordinador del Laboratorio de Electroquímica y Catálisis de la Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. hrzear@unal.edu.co www. mopasa.com -

8