Sistemas Zinc Níquel, la elección adecuada en contra de la corrosión.
Juan Carlos Espejel
Servicio Técnico México
A Platform Specialty Products Company.
11 Anti Corrosión: PrincipiosAnti Corrosión: Principios
AgendaAgenda
22 Electrodepósito (Zn, ZnNi)Electrodepósito (Zn, ZnNi)
55
Post tratamiento (pasivados)Post tratamiento (pasivados)
Sujetadores ( características , Torque & Tension) Sujetadores ( características , Torque & Tension)
33 Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
44
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Oxidación del Fe mediante reducción de O2.
O2 + H2O + 4e-
Fe2+ + 2e-
⇌
4OH-
Fe
Anti Corrosion: PrincipiosCorrosión del fierroAnti Corrosion: PrincipiosCorrosión del fierro
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Zinc: capa de sacrificio, protección catódica del material base.
La capa de sacrificio se corroe, y el metal base se protege!
O2 + H2O + 4e-
⇌ 4OH-Zn2+ + 2e-
Zn
Fe
Anti Corrosion: PrincipiosProteccion catódicaAnti Corrosion: PrincipiosProteccion catódica
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Zinc + passivado ( barrera ) : Protección a largo plazo.
Zn
Fe
Passivate/sealer
Anti Corrosion: PrincipiosPc + barrera de proteccionAnti Corrosion: PrincipiosPc + barrera de proteccion
A Platform Specialty Products Company.Espesor [µm]
hora
s (A
ST
M B
117)
Anti Corrosion: PrincipiosCorrosión roja vs EspesoresAnti Corrosion: PrincipiosCorrosión roja vs Espesores
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El método de aplicación depende de la geometría y características de la pieza.
Rack Barril
Electrodepósito (Zn,ZnNi)Electrodepósito (Zn,ZnNi)
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Puntos críticos que requieren especial atención:
� Poros (Hierro fundido/cast iron)
� Diferentes tipos de suciedad
� Bordes afilados
� Aleaciónes críticas (Mn- Fierro)
� Piezas soldadas (Latón, cobre, soldadura de plata)
La calidad en el metal base puede causar varios defectos¡¡
Electrodepósito (Zn, ZnNi) Pre-tratramientoElectrodepósito (Zn, ZnNi) Pre-tratramiento
Calidad del metal base
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Pre-tratamiento es el paso más importante para crear una superficie limpia y
activa
Desengrase inmersión
Desengrase electrolitico
Decapado
Desengrase electrolitico
Activación
5 Pasos en
Pretratamiento
Ayuda a mantener la
calidad constante
Electrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamientoElectrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamiento
Electroplating(Metal
deposition)
Post-treatment
(final finishes)
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Con el adecuado pre-tratamiento se logra una calidad consistente.
Además de aumentar estabilidad en el proceso.
Después de decapado – Sin
inhibidor
Después del D.electrolitico Después de Zinc Níquel
Brilloso
Mate
Ejemplo en aplicación de barril.
Después de decapado – Con inhibidor
Electrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamientoElectrodepósito (Zn, ZnNi)Pre-tratamiento
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La estructura superficial producida en ambos acabados es diferente
3D
Superficie de zinc alcalina Superficie de zinc ácido
Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino
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0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 0.5 1 1.5 2
pla
tin
g r
ate
/ µ
m/m
in
A/dm²
Zn ácidoZn alcalino
Zinc ácido da una velocidad de depósito mayor (más rápido)
2H3O+ + 2e-
⇅
H2↑+ 2H2O
Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino
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MP3
MP2
MP4
MP1
MP5X
X
X
X
X
0
5
10
15
20
25
30
0 1 2 3 4 5 6
d(Z
n)
/ µ
m
Punto de medición
Zn Acido Zn Alcalino
Zn Alcalino – da mejores características de distribución!
Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino
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Zinc Acido Zinc Alcalino
Incremento en capacidad con mas piezas colgadas
Zinc Alcalino es más lento.
Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino Electrodepósito de zincAcido vs. Alcalino
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*14 % de aleación de
Níquel
ZnNi Acido ZnNi Alcalino
Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino
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Se necesita un equipo eliminador de carbonatos para mantener la eficiencia del proceso.
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 40 60 80 100 120 140 160 180
Efi
cen
cia
en l
a co
rrie
nte
A/d
m²)
/ %
Carbonato (sal total) / g/l
Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino
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Zinc Níquel Alcalino75 min
ZnNi Acido42 min
ZiNi alcalino con mejor distribución - ZiNi ácido más rápido.
Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino
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Zinc Níquel Alcalino
Puntos fuertes : distribución de metal, facilidad de colgado y buena pasivaciónDebilidad : velocidad de depósitoIdeal para : para piezas largas y complejasEquipo : movimiento mecánico ó por venturi, equipo para eliminar carbonatos
, generador de zinc
Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino
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Zinc Níquel Acido
Puntos fuertes : Alta velocidad de depósito y eficiencia, depósito muy brillanteDebilidad : Características de distribuciónIdeal para : Pequeños tornillos, sujetadores y material base difícil (cast)Equipo : Ánodos de Zn & Ni , 2 rectificadores, se recomienda tecnología de
membrana
Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino
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Podrían requerirse diluciónes
Tal vez de 0 - 2/Año
Tendencia de pasivación de
anodosIncremento de metal znDesperdicio en ánodos
Se requiere mantenimiento semanal
se podría perder de 40-60% en eficienciaSe requiere reactivación
Tal vez de 1-3/Semana
Desventaja general en zinc níquel ácido
Aunque¡¡ Ya existen nuevas tecnología para evitar estas desventajas y lograr ahorros significativis
en este proceso¡¡
Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino Electrodepósito de ZnNiAcido vs. Alcalino
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� Incrementando demanda en calidad
� Periodos de garantía extendidos
� Más diseño en piezas relevantes
� Ligeros – alta resistencia
Fuerte tendencia hacia depósitos de Zinc-Níquel!
Con el incremento en la demanda de Calidad – el cambio es hacia Zinc Níquel
Cri
sis
eco
nó
mic
a
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
A Platform Specialty Products Company.
Ni Zn
Zn2+Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Ni2+Zn2+
Ni2+
Ni2+Zn2+
Zn2+Ni2+
Ni2+
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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ZnNi14 % Ni:
aprox 0.01 µm/h ISO 9227 NSS
α�
Mejor protección a la corrosion 12 – 16 % Niquel.
Tie
mp
oa
CR
, IS
O 9
227
NS
S /
Ho
urs
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
A Platform Specialty Products Company.
Nivel de protección deseado – Zinc ó Zinc-Niquel
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Zn ZnNi
Ho
ras
en I
SO
922
7 N
SS
Weissrost
Rotrost
8 µmISO 9227 NSS
8 µmISO 9227 NSS
Protección a la corrosión - Zinc-Niquel más alto que Zinc.
Corrosion balncaCorrosión roja
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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Dureza de la capaZinc: 100 HV.Zinc-Fierro(0,5 – 1% Fe): 150 – 200 HV.
Zinc-Níquel (14% Ni): 500 – 550 HV
Zinc-Niquel: conserva mejor protección a la corrosion, aún después de esfuerzo
mecánico
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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Parametro ZnNi alcalino base Potasio
ZnNi alcalino base Sodio ZiNi Acido
Efficiencia 60 - 75% 55 - 65% 90%
Velocidad de depósito a 0.5 A/dm2 0.15 – 0,16 µm/min 0.14 – 0.15 µm/min 0.13 – 0.18 µm/min
Distribución de metal
4A/dm2 : 0.5 A/dm2
3 – 3.5 : 1 3 – 3.5 : 1 6 - 9 : 1
Cobertura Muy buena Muy buena Buena
Distribución de aleación Muy buena Muy buena Buena
Conductividad 300 mS/cm 220 mS/cm > 400 mS/cm
Brillo Brillante Brillante Muy brillante
Temperatura de opercaión 23 - 35 °C 25 - 30 °C 30 - 38 °C
Medidas para mantener la eficiencia Alimentación & Purga Remoción de Carbonato / Sulfato Sistema de membrana
Resistencia a corrosión ISO9227 >1000h >1000h >1000h
Anodo Acero Inoxidable Acero Zinc and Níquel
Rectificador 8 – 15 V 12 – 18 V 2 rectificadores por estación 8 – 10 V
Tanque de disolución de zinc Si. 10 – 20% del volúmen de
solución de trabajo
Si. 10 – 20% del volúmen de solución
de trabajo
No
Equipo para eliminar carbobatos No recommendado No
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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� El depósito de Zinc-Níquel se conoce por tener estructura microcrackeada,la cual permite al Hidrógeno escapar fácilmente fuera del metal base porefusión.
� Las últimas pruebas muestran que esto tiene un impacto menor. El factormás importante es, que el electrolito de ZnNi va a depositar una capa inicialdelgada de puro Ni.
� Níquel se conoce como una barrera para el Hidrógeno
Efusión de hidrógeno
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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Fractura causada por fragilización de hidrógeno
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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1000 MPa 1400 MPa
El uso de acero de alta resistencia en la Industria Automotriz está incrementando! ZnNi: excelentes
propiedades con respecto a fragilización por hidrógeno.
� Elementos de fijación de alta resistencia (>1000 N/mm²) • 10.9 y más altos son suceptibles a fragilización
� Aluminio 60 % peso del acero 130 % más caro� Acero de alta resistencia 80 % peso del acero 115 % más caro
28 %
less weight
Reducción de emisiónes de CO2
“La industria automotriz está incrementando la relación de peso ligero de 30 a 70 %
para 2030 (high strength steel considered lightweight material)”*
*McKinsey report “Lightweight Heavy impact”
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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Éxito de zinc níquel (12-15%) en piezas de sujeción (Fasteners)
Zinc niquel (12-15%)
Corrosion (NSS) > 1000 h
Conductividad +
Resistencia a la abrasión ++
Dureza 500 – 550 HV
COF Adjustable
Adhesion ( pintura, caucho) ++ (Sin sello)
Riesgo de rellenar la cabeza del tornillo
++
Compativilidad galvánica a Al ++
Riesgo de fragilización por hidrógeno
Horneo requerido para 10.9 y más
Resistencia a la temperatura + (mas de 590 F)
� Resistencia a la abrasion y daño mecánico
– Alto desempeño contra la corrosion
� Cambio en tecnología de ensamble
– E.g. Tornillos de rosca corte
� Se incrementa el uso de aluminio
– Reducción de peso en el vehículo
Ventajas del sistema ZnNiVentajas del sistema ZnNi
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La eleción de los pasivados depende de los requerimientos – resistencia a la corrosión y
apariencia descrita en especificaciónes .
Post-tratamientoPasivadosPost-tratamientoPasivados
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Zinc & Sistemas de pasivado
� Alto cianuro
� Cromatos ( Cr VI)
NSS requerido144hrs
� Medio/bajo cianuro
� Cromatos (Cr VI)
NSS requerido 250hrs
� Alcalino No cianurado
� Cromatos ( Cr VI)
� Sello (Acabado final)
NSS requerido 500hrs
1960’s 1980’s 1990’s 2000
� Primeros sistemas de ZnNi
� Pasivados ( Cr III)
� Sello (Acabado final)
NSS requerido1000hrs
Desde 2010
� Zn or ZnNi
� Pasivado ( Cr III) libre de Co
� Alto desempeño en sellos
NSS requerido 1000hrs
Impacto REACH a través de los años
• Para acabados anticorrosion
Las desiciónes de la REACH son difíclies de predecir . Algo si es seguro:
Los requerimientos de resistencia a la corrosion siguen aumentando!
Post-tratamientoPasivadosPost-tratamientoPasivados
A Platform Specialty Products Company.
0
100
200
300
400
500
600
700
Hou
rs to
5%
whi
te rus
t
Zn +Cr6
Zn +Cr3
ZnFe +Cr6
ZnFe +Cr3
ZnNi +Cr6
ZnNi +Cr3
No thermal shock
After thermal shock
ISO 9227 NSS; Hexavalente VS Trivalente
Sistemas trivalentes mas resistentes al choque termico.
Post-tratamientoPasivadosPost-tratamientoPasivados
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Coefficient of friction
Friction properties in service life
Breakaway torque
Stick slip behavior
Contact resistance
Accuracy to size
Mechanical resistance
SujetadoresCaracteristicasSujetadoresCaracteristicas
Heat loosening
Chemical resistance
Color fastness
Thread lockcompatibility
Galvanic coupling
Decorative appearance
Low finishing cost!!
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La protección siempre excede las especificaciones.
Resistencia quimicaProtección a la corrosion
Brake
fluid
DOT 4
Washer
fluid
SujetadoresCaracteristicasSujetadoresCaracteristicas
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Zn-Ni Tecnologia probada.
SujetadoresAutoperforantesSujetadoresAutoperforantes
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• Requieren de bajo coeficiente de fricción :
SujetadoresAutoperforantesSujetadoresAutoperforantes
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La fricción necesita ser en un punto especifico.
Prioridad #1 la caracteristica consistente!
MAFV =
μ
SujetadoresTorque & TensionSujetadoresTorque & Tension
A Platform Specialty Products Company.
Porque es importante el control de Friccion?
El control de fricción es importante para lograr la fuerza de sujecion requerida en un ensamble.
SujetadoresTorque & TensionSujetadoresTorque & Tension
A Platform Specialty Products Company.
• Pruebas de especificacion (Condición de la superficie de
apoyo y tuerca)
• Procesos
• Recubrimientos Zinc Niquel
• Passivado
• Modificador de fricción
TNT
Lo que influye en CoF
SujetadoresTorque & TensionSujetadoresTorque & Tension
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Torque & Tension
SujetadoresTorque & TensionSujetadoresTorque & Tension
A Platform Specialty Products Company.
Gracias por su atención!
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