ELECTRODEPOSICION

1. Introducción

Es un proceso químico o eletroquímico, para el tratamiento de superficies, depositando una capa metálica (y en ciertos casos no metálica). Se basa en el paso de la corriente eléctrica entre dos metales diferentes (electrodos) que están inmersos en un líquido conductor (electrolito).Se utiliza para proteger al material de la corrosión, mejorar las propiedades de la superficie, o con efectos decorativos.

RIESGOS- Riesgos por exposición a productos químicos tóxicos o irritantes, como: ácidos, álcalis y otros gases, vapores y polvos. Sobre todo debidos a: las soluciones utilizadas, los solventes usados en los procesos de limpieza, etc. En el desengrasado es muy frecuente el uso de solventes tipo hidrocarburos clorados con los correspondientes riesgos tóxicos, etc.

Otras veces en el desengrasado electrolítico se usan cubas que contienen cianuro.Otras veces en el desengrasado electrolítico se usan cubas que contienen cianuro.

En los baños galvánicos, puede haber exposición al ácido crómico y sus sales y a los compuestos de níquel, que causan alergias y lesiones en la piel (CROMO, NÍQUEL).Deben instalarse equipos de extracción separados para los baños de cianuro de los de álcalis se instalarán sistemas de extracción que eviten el riesgo de exposición respiratoria.- Riesgos de exposición a la corriente eléctrica. Se requieren instalaciones correctas con supervisiones periódicas. - Exposición a polvos metálicos o de óxidos: fundamentalmente en tareas de limpieza mecánica, uso de pulidoras, etc. Con riesgo adicional de explosiones por ejemplo, en caso de polvo de aluminio. Deben diseñarse sistemas de succión y evitar las emisiones de polvos (el polvo de aluminio se capta sobre un soporte húmedo). - Lesiones ergonómicas por la postura de trabajo, por los movimientos repetitivos, etc., que causan lesiones del aparato locomotor (músculos, tendones, huesos). - Lesiones en piel (irritaciones, alergias, quemaduras químicas), por las sustancias químicas (ácidos como el ácido nítrico, álcalis) y las herramientas manipuladas. En ocasiones se requiere la adecuación de los útiles que se manejan, además de una protección personal (gafas, guantes) en relación con el tipo de trabajo. - Accidentalidad: en relación con el tipo de suelos húmedos, es por lo que se requieren construcciones de pavimentos antideslizantes (Ejemplo: colocación de listones de plástico) los riesgos de contacto accidental con ácidos y álcalis citados.

PREVENCIÓN- Es muy importante realizar mediciones periódicas de las concentraciones de exposición a contaminantes en el ambiente, y revisiones de salud conforme a los riesgos de exposición de cada puesto de trabajo (especialmente de lesiones en piel y respiratorias)

2. Objetivo de la investigación

General:

Estudiar la electrodeposición de metales a partir de soluciones complejas.Específicos

Cuantificar la masa del metal electrodepositado Estudiar las reacciones electroquímicas que se llevan a cabo en cada electrodo.

3. Marco de teórico

La electrodeposición: Es un proceso electroquímico en el que se usa una corriente eléctrica para reducir cationes en una solución acuosa que los contiene para propiciar la precipitación de estos, que suelen ser metales, sobre un objeto conductivo que será el cátodo de la celda, creando un fino recubrimiento alrededor de este con el material reducido.Su funcionamiento sería totalmente el contrario al de la celda galvánica, que utiliza una reacción redox para obtener una corriente eléctrica.

Esta técnica se utiliza para mejorar la resistencia a la abrasión de un objeto, proporcionarle propiedades anticorrosivas, mejorar su lubricidad o simplemente por cuestiones estéticas entre otras.

ProcesoEste proceso se realiza en un baño con un ánodo y un cátodo cubiertos por una solución de sales del elemento que utilizamos para recubrir el objeto, el ánodo estará compuesto de dicho material para ir aportando iones a la solución a medida que se oxida sustituyendo a los que se están consumiendo en la reacción electroquímica.Un factor muy importante es la corriente que utiliza el sistema para llevar a cabo la operación, será determinante para las propiedades del recubrimiento, ya que establece la adherencia de la capa tanto como su calidad y velocidad de deposición, esta última es directamente proporcional al voltaje. Lo más común es usar corriente continua en pulsos, ciclos de 8-15 segundos activado el sistema para dejar 1-3 segundos de inactividad.En este proceso se van a cambiar fuertemente las propiedades de la superficie del objeto como la dureza o la conductividad, pero no las del interior de este. Por ejemplo: Electrodeposición de cromo duro a piezas industriales como vástagos de cilindros hidráulicos.En la operación hay que tener en cuenta que una geometría compleja dará un espesor de recubrimiento irregular, aumentando este en esquinas del objeto por ejemplo. Estos contratiempos se pueden solucionar utilizando múltiples ánodos o un ánodo que imite la forma del objeto a procesar.Por último indicar que dicha técnica no debe confundirse con la electroforesis, esta se basa en el movimiento hacia un ánodo o cátodo de moléculas o partículas en suspensión en una disolución, no de iones como la electrodeposición.

Resulta muy común el uso de la electrodeposición metálica en joyas elaboradas con metales baratos a los cuales se les da un revestimiento de una delgadísima película de oro, plata, etc. para aumentar su valor, mejorar su apariencia o para protegerlos de los efectos negativos del medio ambiente, principalmente el oxígeno que produce su pronta corrosión. Igualmente podemos observar que las tarjetas electrónicas por lo general vienen revestidas de una película de oro de algunos micrones, para mantener un buen contacto y conductividad con los dispositivos del circuito.

4. Marco histórico

Michael Faraday, FRS, (Newington, 22 de septiembre de 1791 - Londres, 25 de agosto de 1867) fue un físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica.Fue discípulo del químico Humphry Davy, y ha sido conocido principalmente por su descubrimiento de la inducción electromagnética, que ha permitido la construcción de generadores y motores eléctricos, y de las leyes de la electrólisis, por lo que es considerado como el verdadero fundador del electromagnetismo y de la electroquímica.En 1831 trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (ya descubierto por Oersted), y ese mismo año descubrió la inducción electromagnética, demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el concepto de líneas de fuerza, para representar los campos magnéticos. Durante este mismo periodo, investigó sobre la electrólisis y descubrió las dos leyes fundamentales que llevan su nombre:

La masa de sustancia liberada en una electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a través del electrólito masa = equivalente electroquímico, por la intensidad y por el tiempo (m = c I t)

Las masas de distintas sustancias liberadas por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes.

Con sus investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.Se denomina faradio (F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica del SI de unidades. Se define como la capacidad de un conductor tal que cargado con una carga de un culombio, adquiere un potencial electrostático de un voltio. Su símbolo es F

PRIMERA LEYLa masa depositada o liberada de una sustancia en un electrodo apartir de un electrolito es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la solución

SEGUNDA LEYCuando una misma intensidad de corriente fluye por 2 o mas celdas electrolíticas.la masa depositada liberada es proporcional a su peso equivalente.

5. Aplicación industrial

Las tecnologías electroquímicas ocupan un lugar de privilegio en la economía moderna, proporcionando materiales, procesos y dispositivos esenciales para el progreso y el bienestar de la sociedad. Los campos de aplicación de los recubrimientos electrolíticos son muy diversos. Sin duda los más conocidos son aquellos cuya finalidad es la protección anticorrosión o los practicados con fines decorativos.

La galvanización es una forma de electrodeposición de capas de metal. La galvanoplastia es la producción electrolítica de objetos metálicos

La galvanización

Constituye la protección del poste contra la corrosión. Los postes estando sometidos a las variaciones del tiempo, es preferible optar por una protección del acero.La galvanización es realizada a base de zinc. Aplicado sobre el acero el zinc forma una capa de protección en la superficie. La acidez de los suelos además de la atmósfera salina o los tratamientos químicos son factores que atacan la superficie del acero. El zinc juega entonces un papel protector « sacrificándose », permitiendo así de evitar el aparecimiento del óxido de hierro. La galvanización es entonces una seguridad suplementaria que aumenta el tiempo de vida ya importante de un poste de viñedo.Hemos seleccionado dos tipos de galvanización en caliente, proceso óptimo para el empalizamiento de la viña:

1° El proceso Sendzimir (galvanización en caliente en continuo)

La galvanización Sendzimir es un procedimiento industrial de protección de los aceros a base de zinc extremadamente avanzada y eficaz que es utilizada en numerosos ámbitos industriales notablemente en las construcciones metálicas (armazones, techumbre). La galvanización por este proceso es aplicada en la gama MULTIPIC® sobre el acero S250GD certificado de calidad

M = KQ = Eq-g . I . T 96 500

mA = mB = mCP.Eq(A) P.Eq(B) P.Eq(C)

construcción. Este proceso permite notablemente adaptar la galvanización (Z275, Z450 o Z600) en función del tipo de suelo o de la atmósfera del lugar de la plantación.Explicaciones técnicas: Las bandas desdobladas provenientes de las bobinas de acero son desenrolladas poco a poco, desengrasadas y precalentadas (de 600 a 650°C). Luego son sometidas a una temperatura entre 750 y 850°C y enfriadas en una atmósfera protectora (N2, H2). Enseguida son inmersas en un baño de zinc cuya temperatura se encuentra entre 450 y 500°C. Cuando se las extrae, son secadas por una corriente de aire con el fin de ajustar el espesor del depósito de zinc. Este proceso garantiza una gran homogeneidad de la galvanización sobre el perfil.

2° El proceso de galvanización por la técnica de templado (galvanización en caliente por inmersión)

La galvanización por la técnica de templado es un proceso más artesanal que consiste en sumergir los postes en un baño de zinc. Este método es más oneroso pues necesita una etapa de manutención suplementaria del producto después de su fabricación. El sobre costo de esta galvanización con respecto a une galvanización Sendzimir, adaptada a su tipo de suelo, no se justifica entonces en miras de una mayor protección del acero.Explicaciones técnicas: Técnica de galvanización por inmersión en un baño de zinc fundido o por electrólisis. Para realizarla, la superficie de las piezas a recubrir deben ser cuidadosamente preparadas con el fin de de permitir la reacción del zinc y del acero. Es por ello que antes de la inmersión en el baño de zinc, las piezas a galvanizar deben pasar por tres estados: el desengrasamiento, el decapado y el fluxage. Después de estas etapas preparatorias, el acero es sumergido en un baño de zinc en fundición (con una temperatura entre 440 y 460°C). El revestimiento así aplicado procura al acero una protección contra la corrosión.

Los dos procesos aseguran eficazmente la protección de los postes contra la corrosión. La galvanización en caliente Sendzimir es sin embargo mucho más homogénea sobre el poste que la galvanización por temple ya que la repartición del zinc, en esta última, es más aleatoria.

La galvanoplastia

La galvanoplastia o electroplateado es el proceso basado en el traslado de iones metálicos desde un ánodo a un cátodo en un medio líquido, compuesto fundamentalmente por sales metálicas y ligeramente acidulado.Desde el punto de vista de la física, es la electrodeposición de un metal sobre una superficie para mejorar sus características. Con ello se consigue proporcionar dureza, duración, o ambas.Otra de las importantes aplicaciones de la galvanoplastia es la de reproducir por medios electroquímicos objetos de muy finos detalles y en muy diversos metales.Este proceso, aplicado a una impresión (de silicona), permite una fiel y exacta reproducción de la superficie interior de dicha impresión, en una capa metálica, dura y consistente, que se corresponde perfectamente con el positivo original de donde se obtuvo la impresión.

6. Elementos que intervienen en la electro deposición

Fuente eléctrica continúa. Este equipo distribuye corriente continua convirtiendo la corriente alterna de 220 V a

corriente continua. Estos rectificadores se caracteriza por tener bajo Voltaje y alto amperaje

Electrodos.Son conductores metálicos que están en contacto con las fuentes eléctricas e inmersas en la solución electrolítica.

Tipos:

Solubles o reactivos.Es el electrodo positivo que sede el metal a la solución electrolítica para depositar sobre la pieza metálica se corroe uniformemente bajo la influencia de la corriente eléctrica.

Insoluble o inerte Estos ánodos solamente permiten la conductividad eléctrica de la fuente con la solución no son atacados por la solución electrolítica con o sin corriente eléctrica

Celdas electrolíticas.Viene hacer el contenedor de las soluciones electrolíticas.

Características: Resistencia al ataque de las soluciones. Fuerza mecánica para soportar las cargas. La solución electrolítica y la temperatura a usar determina el material de construcción.

Materiales de fabricación: Hierro con revestimiento de brea, plomo y acero

Sistema de calefacción. Generalmente se realiza mediante calentadores eléctricos por inmersión que consiste de

una resistencia eléctrica aislada , introducida dentro de un tubo de acero revestida con material antioxidante ( Titanio o porcelana )

La mayoría de las celdas electrolíticas necesitan una ligera calefacción para aumentar la conductividad y la solubilidad de los electrolitos.

Sistema de agitación. La agitación impide el empobrecimiento de los iones metálicos de la zona catódica y la

adherencia de burbujas gaseosas ( Hidrogeno ) sobre el cátodo. Uno de los sistemas de agitación utilizados consiste el insuflar aire comprimido por el fondo

de la cuba. Otro sistema de agitación consiste en producir el desplazamiento horizontal o vertical del

cátodo.

Sistemas de filtración. Son aparatos necesarios para filtrar las soluciones electrolíticas a ciertos intervalos de

tiempo o en forma continua. Permite eliminar el sedimento acumulado en el fondo de las cubas . Se utiliza filtros prensas en instalaciones grandes en procesos continuos. En instalaciones pequeñas se pude filtrar por papel filtro u tela.

Bastidores o Armaduras.

1 Barras aislantes. 2 Barras de cobre para colgar los ánodos. 3 Barras central donde se cuelgan las piezas en forma individual o en gancheras.

Barras conductoras o porta electrodosSon los soportes donde se cuelgan los electrodos ánodos y cátodos estos son generalmente de cobre, o tubos metálicos revestidos de cobre para asegurar buena conductividad eléctrica.

7. Operaciones en los procesos de electrodeposicion

DESBASTADO Cuando el objeto es de reciente fabricación o fundición posee rebabas, escamas a veces

costras, la operación que consiste en eliminar se le denomina desbastado. La operación se lleva a cabo según el estado físico de la pieza usando discos sólidos de

destinto grano en un esmeril

PULIDOEsta operación tiene por objeto alisar la superficie del metal en forma mecánica.Tipos de pulidos

Pulido esmerilado. Repulido. Pulido abrillantado.

La diferencia radica en el tipo de disco que se ha usado y en la finura del grano del material abrasivo empleado.

DESENGRASADOEsta operación consiste en eliminar ciertas películas de grasas, aceites, partículas abrasidad de la superficie que se desea recubrir.El origen de estas películas puede ser de grasa animal, vegetal y aceites minerales o operaciones anteriores o simple contacto manual.

DESENGRASADO QUIMICO Este tipo de desengrase se realiza por inmersión de la superficie metálica sobre solventes orgánicos como bencina, kerosén, petróleo, tolueno, tricloroetileno, tetracloruro de carbono.Es muy recomendable para una primera etapa de eliminación de las materias grasa y aceites

DESENGRASE ELECTROQUIMICOMediante este procedimiento los objetos a tratar son suspendidos de las barras catódicas. son tratadas en una solución electrolítica a través de la cual se produce en paso de la corriente eléctrica .

DECAPADO POR INMERSIONLa mayor parte de los metales especialmente aquellos de base férrea debido a la acción de los gases que rodean su medio ambiente (oxigeno, Anhídrido carbónico, vapor de agua) .recubre de una capa de oxido y/o otro compuesto químico insoluble. La operación mediante el cual se logra eliminar estas capas e llama el decapado se utiliza ácido clorhídrico o sulfúrico en diversas concentraciones.

SOLUCIONES DECAPANTES Y CONCENTRACIONESSOLUCION DECAPANTE

CONCENTRACION PORCENTUAL ( PESO)

TEMPERATURA

Ácido clorhídricoÁcido SulfúricoÁcido fosfórico

6 – 20 %30 – 60 %4 – 15 %

40º - 45ºCAmbiente50º - 60ºC

DECAPADO ELECTROLÍTICO Con este sistema se remueven óxidos o escoria depositados sobre las piezas ferrosas.La mayoría de los baños esta compuesto por ácidos Las piezas ya desengrasadas se sumergen en un baño con la siguiente formula100 cm3 de ácido sulfúrico 60 Be y 6 Grs. de ácido crómico por litro El tiempo de operación es de 30-60 segundos el voltaje de 6 voltios y la corriente de 5 Amp/dm2

SECADO Esta la ultima operación a la que son sometidos las piezas metálicas. Tiene el objeto evitar

el manchado y el velado de la piezas recubiertas con elementos metálicos. La operación se lleva acabo mediante estufas u hornos calentados mediante resistencias

electricas.

8. Principales factores que intervienen en la electrodeposicion

DENSIDAD DE CORRIENTE La influencia de este factor es decisivo en la estructura de la electrodeposición formada Un aumento de la densidad conlleva a la disminución del tamaño del cristal y obteniéndose

estructuras finas. Existe un limite de aumento de la densidad que al sobre pasar produce depósitos

quebradizos.

TEMPERATURA Un aumento de la de temperatura favorece la movilidad de los iones metálicos ocasionando

el incremento de la conductividad del electrolito y una disminución de la viscosidad de la solución.

El incremento de la temperatura favorece la formación de depósitos brillantes y de grano finos.

CONCENTRACION DE IONES DE HIDROGENO (pH) S i el ph esta por debajo del rango de trabajo puede presentarse depósitos simultáneos de

metal y el hidrogeno, ocasionando picaduras o ampollamiento Si se trabaja con un rango alto de ph se formaran sales básicas poco solubles que darían

lugar a depósitos ásperos.

CONCENTRACIONLa concentración conveniente de la solución electrolítica será aquella que posee pocos iones a depositar y muchas moléculas no disociadas dispuestas a disociarse rápidamente liberando de este modo, iones metálicos que sustituyan a los iones que desaparecen de la solución durante la electrodeposicion

9. Bibliografía

W. Ciccone, C. Motz and J. Bentley. “Bioabsorbable Implants in Orthopaedics: New Developments and Clinical Applications”. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. Vol. 9, pp. 280- 288. 2001

http://www.jmcprl.net/glosario/electrodeposicion.htm http://www.abcquimica.com/archivos/laboratorio3.pdf http://www.piquets-julien.fr/sp/qualite/la-galvanisation.php http://es.wikipedia.org/wiki/Galvanoplastia http://www.getri.es/librogalv.htm#pto1

10. Cronograma

Mayo Junio Días 17-23 24-30 31-6 7-13 1421Semanas 1º semana 2º semana 3º semana 4º semana 5º semana Búsqueda de información

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