Pretratamiento de los sustratos antes de su recubrimiento

Los principales objetivos en la preparación de una superficie metálica antes del recubrimiento en polvo pueden definirse como sigue:

  1. La eliminación completa de toda materia extraña, por ejemplo, óxido, grasa, aceite de corte, tierra, salpicaduras de soldadura, etc.
  2. El acondicionamiento de la superficie a fin de hacerla adecuada para el recubrimiento que se va a aplicar.
  3. El pretratamiento debe impartir uniformidad a lo largo de todas las superficies de las piezas tratadas, con independencia de la procedencia del metal o de los contaminantes que puedan adherirse.

Como ocurre con otros métodos de acabado orgánico, la fase de pretratamiento es esencial a fin de alcanzar el pleno potencial del recubrimiento en polvo.

El pretratamiento superficial puede variar según los requisitos específicos de uso de los productos acabados, desde una simple operación de limpieza en un solo paso a un pretratamiento sofisticado en múltiples etapas que deposita una capa de conversión en la superficie del metal.

La aplicación de un recubrimiento de partículas cargadas electrostáticamente a una superficie metálica conectada a tierra sólo se puede lograr si la superficie está libre de cualquier composición que tenga una alta resistencia eléctrica. La presencia de cualquier película aislante sobre la superficie de la pieza de trabajo a recubir limitará o en algunos casos impedirá que el polvo se deposite.

Sustratos

Acero, aluminio, cobre, aleaciones de zinc y acero galvanizado son los metales comunes en los que se utilizan recubrimientos en polvo. En una serie de casos en los que se aplican condiciones normales de servicio, pueden obtenerse propiedades satisfactorias limpiando el metal a fondo.

Acero

Para superficies de hierro/acero, se obtiene una resistencia máxima a la corrosión y a la sal de pulverización aplicando una capa de conversión de fosfato de zinc.

Aluminio

Para el aluminio y sus aleaciones, aunque las superficies limpias se revisten fácilmente y la adherencia es excelente, el rendimiento puede mejorarse usando una capa de conversión especial de cromato.

Aleaciones de zinc

 

Con todos los sustratos a base de zinc, como Zintec, Mazac y acero galvanizado, se recomienda un recubrimiento de fosfato adecuado.

Fundición porosa y superficies limpias por granallado

Estas superficies pueden presentar una dificultad considerable por el “soplado” del recubrimiento en polvo debido al atrapamiento de aire. Por lo tanto, es necesario controlar estrictamente el perfil del metal y el espesor de recubrimiento. El precalentamiento durante unos pocos minutos a veces supera este defecto.

Eliminación de óxido y suciedad

 

Puede realizarse por fricción mecánica, con un cepillo metálico o, para áreas más grandes, por granallado abrasivo. La arena como material abrasivo ha sido prohibida en el Reino Unido, así como en muchos países europeos.

Los abrasivos metálicos gruesos desechables o reutilizables que sustituyeron a la arena se ven ahora aumentados por una amplia gama de abrasivos ultrafinos, que van desde una malla 600 de óxido de aluminio fundido (que es tan fino como el talco), abrasivos vegetales suaves como cáscara de nuez y hueso de melocotón, pasando por diminutas esferas de vidrio de menos de 25μ de diámetro. Con estos abrasivos extremadamente finos ahora puede lograrse una uniformidad total de la superficie. Obviamente, utilizando un grano muy fino, la velocidad de eliminación de la escoria es bastante lenta, mientras que un grano demasiado grueso dará una superficie rugosa que inhibirá el flujo del polvo durante el curado en horno con la consiguiente pérdida de brillo, además de un perfil de superficie muy rugoso.

Para dar una idea de la rugosidad relativa, en una superficie de acero que haya sido granallada, la medida de “pico a valle” sería de aproximadamente 100μ. Con óxido de aluminio fundido (grano 180/220) sería de 3-5μ, mientras que con cuentas de vidrio que sería 1-1,5μ.

Eliminación de aceite y grasa

Éste suele ser el primer paso en la preparación de superficies metálicas para el recubrimiento. Hay muchas maneras de realizar esta operación; a continuación se enumeran brevemente algunos de los métodos más comunes.

Limpieza con un paño con disolvente

La eliminación de la grasa se puede lograr limpiando la pieza de trabajo con un paño empapado en un disolvente adecuado. Este método elimina la materia grasa y sólidos de forma bastante eficiente hasta que se ensucia primero el paño y después el disolvente. A partir de entonces este método sólo extiende la grasa, por lo que para que la limpieza sea realmente efectiva los paños y el disolvente deberán cambiarse con frecuencia. Si la contaminación es sólo por polvo, se suelen utilizar paños atrapa-polvo.

Aunque este método es rápido y conveniente para producción a pequeña escala, adolece de altos costes de mano de obra y material y, según el disolvente seleccionado, puede haber riesgo de incendio o para la salud.

Inmersión en disolvente

 

Con este método, la pieza se sumerge en un tanque de disolvente y tras su retirada, una vez evaporado el disolvente, todo el aceite y la grasa deberían haber sido eliminados.

Este método sigue siendo eficaz hasta que, al igual que en la limpieza con un paño con disolvente, se acumula contaminación en el tanque de inmersión y se alcanza un equilibrio mediante el cual se vuelve a depositar tanto aceite o grasa en la pieza de trabajo como se elimina. La única diferencia entre los dos métodos es que el aceite está extendido en todo el componente.

Pueden obtenerse mejores resultados mediante una serie de tanques en cascada, pero esto ocupa un espacio considerable y es caro, ya que las pérdidas de disolvente por evaporación son grandes.

Nuevamente, según el disolvente utilizado puede haber riesgo de incendio o para la salud. No se recomienda ni el método del paño con disolvente ni el de inmersión en disolvente.

Desengrase por vapor con disolvente

Con esta técnica, la pieza de trabajo se suspende en el vapor de un disolvente clorado como por ejemplo tricloroetileno, en una planta especialmente diseñada, y el metal se desengrasa por la condensación del vapor en su superficie metálica fría, que solubiliza los aceites y grasas que se desprenden de las piezas con el líquido cuando éste vuelve al sumidero.

Éste es un proceso mucho más eficiente, ya que se hierve continuamente disolvente para reemplazar el vapor que se condensa.

Por sí mismo, este método desengrasa eficazmente, pero las partículas sólidas que quedan en la superficie pueden permanecer allí una vez eliminado todo el aceite y la grasa.

Pueden obtenerse mejoras mediante la inclusión de una etapa de licor de ebullición o mediante el uso de agitación ultrasónica. Además, pueden agregarse aditivos especiales al disolvente clorado para mejorar la eficiencia.

Detergente

La pieza de trabajo puede sumergirse o, preferiblemente, rociarse con una solución de un detergente adecuado en agua caliente, y luego se enjuaga y se seca. Esto elimina eficazmente la contaminación ligera, pero no elimina la contaminación antigua por aceite, grasa o tierras densas.

Limpiadores en emulsión

Los limpiadores en emulsión son generalmente emulsiones de queroseno preemulsionado en agua, o concentrados a base de queroseno que emulsionan cuando se agregan al agua. Al igual que los limpiadores alcalinos, las emulsiones son más eficientes cuando se rocían mediante equipos de pulverización, pero puede ser bastante eficaces como limpiadores de inmersión en muchos casos.

Los limpiadores en emulsión normalmente operan a temperaturas más bajas que los de tipo alcalino y, en algunos casos pueden utilizarse a temperatura ambiente.

Limpiadores alcalinos – De nuevo la pieza de trabajo puede sumergirse o rociarse con una solución acuosa caliente o una mezcla alcalina adecuada, y luego se enjuaga dos veces y se seca. La aplicación por rociado es más eficaz que la inmersión y es más barata, ya que esta última precisa temperaturas operativas (70-90 ºC) y concentraciones más altas. La aplicación por rociado tarda un tiempo de 5 a 60 segundos, mientras que la inmersión requiere 1-5 minutos. Los limpiadores de inmersión pueden dispersar la grasa y el aceite por emulsificación de los mismos en la solución. Alternativamente hay disponibles limpiadores que separan el aceite en una capa de modo que se puede decantar de la superficie limpia a un sumidero adecuado.

Los limpiadores alcalinos pueden efectivamente quitar el aceite, la grasa y la tierra, y eliminar fácilmente los contaminantes más pesados.

Existe una amplia variedad de limpiadores alcalinos cuyas propiedades se pueden ajustar para dar una limpieza eficaz de cualquier conjunto de contaminantes. Estos limpiadores incluyen a menudo agentes de refinado de grano para asegurar que los recubrimientos de fosfato posteriormente aplicados a las superficies de acero tengan una estructura cristalina muy fina.

Además del álcalino, las mezclas contienen detergentes, y agentes emulsionantes, secuestrantes y quelantes, y ocasionalmente aditivos para ablandar el agua.

Cabe señalar que sólo en condiciones controladas son los limpiadores alcalinos adecuados para aleaciones ligeras, zinc, metal galvanizado o aluminio, que son atacados por el álcalino.

Limpieza con ácido

El decapado ácido utilizando ácido sulfúrico o clorhídrico inhibido puede eliminar completamente el óxido y la escoria y también puede acondicionar la superficie. Este método suele limitarse a superficies de hierro o acero.

Es de suma importancia que cuando se utilicen métodos acuosos de limpieza se tenga cuidado en asegurar que el posterior enjuague con agua sea de alto nivel para asegurar que los componentes limpios y secos no están contaminados con ácido, álcali o emulsión. Asimismo, si la secuencia no incluye a continuación un sistema de recubrimiento de conversión, la pieza de trabajo deberá secarse con rapidez y eficacia para evitar la oxidación de la superficie.

Recubrimientos de fosfato por conversión

El pretratamiento reconocido para sustratos de acero justo antes de la aplicación del recubrimiento en polvo es la fosfatación, que puede variar en densidad.

Cuanto mayor sea la densidad del recubrimiento de conversión, mayor será el grado de resistencia a la corrosión obtenido; cuanto menor sea la densidad del recubrimiento, mejores serán las propiedades mecánicas. Por consiguiente, es necesario alcanzar un compromiso entre las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. Altas densidades de recubrimiento de fosfato pueden dar problemas con recubrimientos en polvo en los que pueda producirse la fractura de los cristales cuando el recubrimiento es sometido a fuerzas mecánicas aplicadas localmente, por ejemplo, flexión o impacto.

Debido a la excelente adherencia del recubrimiento en polvo al recubrimiento de fosfato, el desprendimiento se produce habitualmente en la interfase entre el fosfato y el sustrato metálico, en lugar de en la interfase entre fosfato y recubrimiento en polvo.

Los recubrimientos de fosfato están cubiertos por la norma BS3189/1959, Clase C para fosfato de zinc, y Clase D para fosfato de hierro.

Se recomienda un fosfato de zinc cristalino de grano fino para densidades de recubrimiento de 1-2g/m2 y para fosfato de hierro de 0,3-1g/m2. La aplicación puede hacerse por pulverización o inmersión. La pasivación con cromato no suele ser necesaria.

Los recubrimientos de fosfato de hierro se aplican normalmente por pulverización en una operación de tres o cuatro etapas. La pieza de trabajo por lo general pasa a través de dos secciones de enjuague con agua antes de secarse.

El fosfato de zinc puede pulverizarse o aplicarse por inmersión en una operación de cinco etapas, es decir, desengrase alcalino, enjuague, fosfato de zinc, dos enjuagues con agua.

Es esencial que la pieza de trabajo, después de la fosfatación, sea recubierta con polvo tan pronto como sea posible después del secado.

Pretratamiento para superficies de zinc

Se recomienda un recubrimiento ligero de fosfato de zinc. En general, los recubrimientos de zinc por electrodeposición no presentan problemas de pretratamiento, pero los recubrimientos galvanizados en caliente pueden afectar a la adhesión. El aumento de grado de lentejuela disminuye características de adhesión.

Recubrimientos de cromato por conversión

El recubrimiento de conversión principal para aluminio y sus aleaciones es un recubrimiento de cromato que puede ser incoloro, de tipo amarillo como el óxido de cromo, o verde como el fosfato crómico. La densidad de recubrimiento recomendada es 0,1-0,5 g/m2.

El proceso de cinco etapas consiste normalmente en un desengrase alcalino, enjuague, conversión de cromato, seguido por dos enjuagues.

De nuevo el recubrimiento de cromato debe ser de baja densidad de película para la máxima adhesión.

Para aplicaciones de alta calidad por lo general es necesario emplear un enjuague final con agua desmineralizada. La conductividad del baño de enjuague final se monitoriza para asegurar su limpieza.

Sistemas sin enjuague

 

Una manera de evitar la necesidad de todo esto es utilizar procesos de secado in situ o sin enjuague. Éstos son predominantemente en forma de cromato. Es discutible si son verdaderos recubrimientos de conversión o simplemente películas secas con algún tipo de reacción con el sustrato, pero las ventajas de que no necesita enjuague son obvias.

Pre​​tratamientos sin metales pesados

 

Las normas medioambientales cada vez más estrictas en el mundo desarrollado, lo que significa que hay un alejamiento de los pretratamientos que contienen metales pesados, en particular, cromato. Los primeros tratamientos libres de cromato tenían un rendimiento malo, pero más recientemente los estándares han mejorado con las primeras aprobaciones para su uso en aplicaciones arquitectónicas de aluminio concedidas por la organización Qualicoat en 1996.

Evacuación de efluentes

Las autoridades locales trabajan con distintas normas a la hora de abordar la descarga de efluentes. Sin embargo todas son cada vez más estrictas y cautelosas en cuanto a los efluentes que aceptan.

Normalmente, las soluciones de fosfato de hierro puede enviarse al desagüe sin tratamiento, las soluciones de fosfato de zinc generalmente deben estar por debajo de un nivel de concentración específico que normalmente se puede lograr mediante dilución en agua corriente.

Algunas soluciones de enjuague final contienen cromo, lo que requiere un tratamiento especial debido a sus efectos tóxicos sobre la vida marina.