NIQUELADO DE UNA PIEZA
¿Qué se quiere hacer?:
-Con este trabajo lo que queremos hacer es aprender los procesos, paso a paso, de como realizar el Niquelado de una pieza, para luego exponer a nuestros compañeros y profesores de la institución lo aprendido.
Fundamentación:
-Realizamos este trabajo con el fin de aprender más sobre el Niquelado y los procesos que lleva el mismo.
-Con este trabajo también queremos aportar al conocimiento de nuestros compañeros sobre el Niquelado, ya que no hay un conocimiento de lo que es el mismo.
Objetivos Generales:
-Aprender a trabajar en equipo y pasar tiempo con los compañeros aprendiendo cosas nuevas que nos servirán en el futuro.
-Ampliar nuestro conocimiento sobre el tema y poder realizarlo en un tiempo determinado.
-Enseñar a nuestros compañeros necesitados de información sobre el Niquelado, ya que es necesario que aprendamos como niquelar una pieza metálica.
Contenidos:
* Niquelado.
* Niquelado mate.
* Niquelado brillante.
* Proceso de niquelado.
* Niquelado electrolítico.
* Baños de níquel mate.
* Niquelados diluidos.
* Niquelar.
* Precauciones.
* Aplicaciones.
* Niquelado sin electricidad (deposición catalítica de níquel).
* Una formula práctica.
* Niquelado de plástico.
* Medidas de Seguridad y Precaución.
* Higiene para el Niquelado.
* Riesgos y Soluciónes.
* Anexos.
* El Niquelado
El niquelado es un recubrimiento metálico de níquel, realizado mediante baño electrolítico , que se da a los metales, para aumentar su resistencia a la oxidación y a la corrosión y mejorar su aspecto en elementos ornamentales.
Hay dos tipos de niquelado:
* Niquelado mate
El niquelado mate se realiza para dar capas gruesas de níquel sobre hierro, cobre, latón y otros metales ( el aluminio es un caso aparte) es un baño muy concentrado que permite trabajar con corrientes de 8 - 20 amperios por decímetro cuadrado, con el cual se consiguen gruesas capas de níquel en tiempos razonables.
Los componentes que se utilizan en el niquelado son: Sulfato de níquel, cloruro de níquel, ácido bórico y humectante
* El niquelado brillante:
Se realiza con un baño de composición idéntica al anterior al que se le añade un abrillantador que puede ser sacarina por ejemplo. Para obtener la calidad espejo la placa base tiene que estar pulida con esa calidad. La temperatura óptima de trabajo está entre 40 y
En los baños de niquelado se emplea un ánodo de níquel que se va disolviendo conforme se va depositando níquel en el cátodo. Por esto la concentración de sales en el baño en teoría no debe variar y esos baños pueden estar mucho tiempo en activo sin necesidad de añadirles sales.
Si en vez de emplear un ánodo de níquel se emplea un ánodo que no se disuelva en el baño ( platino, plomo...) las sales de níquel se convertirán por efecto de la electrólisis paulatinamente en sus ácidos libres, sulfúrico y clorhídrico, con lo que se producirán dos fenómenos, una disminución del pH ( aumento de la acidez) y una disminución de la concentración de sales, esto llevara a la progresiva perdida de eficiencia del baño. Por esto los baños con ánodo inactivo no pueden aprovechar todo el níquel que llevan en disolución y cuando han consumido aproximadamente el 50% del níquel en sales disueltas se tornan ineficientes y sus depósitos no son buenos.
* Proceso de niquelado:
Según sea el tamaño de las piezas se emplean diversos métodos de niquelado, para las piezas pequeñas se utilizan tambores rotativos y se tratan a granel. El niquelado en bastidor o ganchera se aplica cuando la pieza a tratar es de un tamaño considerable, y queremos evitar rozamientos en la superficie del material. La pieza es colgada en bastidores adaptados a su geometría, se limpia su superficie para asegurar una buena deposición del metal, y se somete a un proceso electrolítico de recubrimiento en medio con el que se obtiene muy buena distribución del recubrimiento y las piezas grandes se sujetan en bastidores y se sumergen en los baños de niquelado.
* Niquelado electrolítico.
El níquel es un metal muy parecido al hierro, de hecho químicamente se estudian juntos y forman un grupo. Junto con el cobalto, los tres son "ferromagnéticos". Es dúctil y maleable, suficientemente duro, maleable y resiste bastante bien a la corrosión pero que el acero inoxidable y peor que el cromo. Es de color parecido al hierro pero un poco más amarillento y menos gris. Cuando se aplica cromo con objeto decorativo se suele hacer siempre sobre una capa de níquel más gruesa.
Pretendo incluir en este apartado tres diferentes baños de níquel conforme los vaya probando. El primero es el baño de níquel mate, el segundo el de níquel brillante y el tercero en baño de níquel con baja concentración y ánodo inactivo
* Baños de níquel mate.
Este baño sirve para dar capas gruesas de níquel sobre hierro, cobre, latón y otros metales (el aluminio es un caso aparte) es un baño muy concentrado que permite trabajar con corrientes de 8 - 20 amperios por decímetro cuadrado, con el cual se consiguen gruesos capas de níquel en tiempos razonables.
Sulfato de níquel 200 gramos/l
Cloruro de níquel 60 gramos/l.
Acido borrico 10 gramos/l
Ajustar el pH para que este entre 4 y 5, si es bajo añadir un poco de ácido sulfúrico (1 o 2 cm3) si es alto añadir un poco de carbonato de níquel.
El pH se puede medir con las clásicas tiritas de papel que cambian de color. Se puede emplear el caldo de repollo como se especifica en el artículo Medición de pH con un repollo. Por supuesto que se pueden emplear los medidores de pH digitales.
El baño opera mejor a una temperatura de 40 grados aunque trabaja bien a 20. Hay que emplear un ánodo de níquel que se va disolviendo conforme vamos niquelando cosas. El ánodo debe estar sujeto al polo positivo con un alambre de níquel o de titanio para que no contamine el baño.
Si se ha experimentado con los baños de cromo se puede observar que este baño burbujea mucho menos y las tensiones empleadas son entre 1,5 y 3 voltios, mucho más bajas que las equivalentes en el cromo. Esto se debe en que en el baño de cromado parte de la energía eléctrica se emplea en la reducción del ácido crómico a cromo metal. Sin embargo en este baño el efecto es casi únicamente de transporte entre el ánodo y el cátodo y prácticamente solo es necesario vencer la resistencia ohmica del baño.
Precisamente como el burbujeo es mucho menor se corre el riesgo de que se queden burbujas pegadas a la superficie a niquelar y estas burbujas interrumpan el proceso de deposición de níquel en esos punto lo que se traduce en la aparición de cráteres y rugosidades, por eso, para conseguir la mejor calidad es necesario agitar el baño para desprender las burbujas.
A este baño es conveniente añadir un agente humectante para facilitar el mojado de las superficies y evitar la formación de burbujas.
Tres laminas con níquel depositado electrolíticamente. La primera lamina es con níquel brillante durante 10 minutos, la segunda con baño de níquel mate diluido, la tercera tiene un deposito de
Niquelado brillante.
El niquelado brillante se realiza con un baño de composición idéntica al anterior al que se le añade un abrillantador. Resulta por lo tanto la siguiente composición.
Sulfato de níquel 200 g/l
Cloruro de níquel 60 g/l
Acido bórico 10 g/l
Sacarina 1,5 g/l
Humectante 0,5 g/l
Tener en cuenta que si se pretende que el acabado sea de calidad espejo la placa base debe estar pulido con esa calidad, una capa de níquel brillante es brillante y lisa si es muy fina, si se pretende dar una capa gruesa no quedara brillante porque empezaran a surgir imperfecciones conforme aumenta el grueso de la capa. Que es conveniente agitar para evitar las burbujas y para que la capa de níquel sea uniforme.
La temperatura optima de trabajp esta entre 40 y
Notas.
La sacarina se emplea como agente abrillantador, yo he empleado sacarina de uso domestico y funciona bien. Tener en cuenta que no todos los edulcorantes son sacarina.
Como agente humectante y a falta de encontrar otro mejor he empleado Mimosin.
* Niquelados diluidos.
Los baños anteriores son baños muy concentrados empleados industrialmente, la alta concentración de sales busca que el rendimiento en energía eléctrica sea muy alto, que la velocidad de deposición sea muy alta y que se puedan trabajar con altas intensidades de corriente para que la producción sea muy alta. A escala domestica o de laboratorio se pueden sin ningún problema diluir los baños añadiendo otro tanto de agua desgonzada. Eso si vigilar el pH para que este entre 4 y 5. El rendimiento de este baño es menor y burbujean más porque no toda la corriente eléctrica se destina a la producción de níquel pero es suficientemente bueno.
En todos los baños anteriores se emplea un ánodo de níquel que se va disolviendo conforme se va depositando níquel en el cátodo. Por esto la concentración de sales en el baño en teoría no debe variar y esos baños pueden estar mucho tiempo en activo sin necesidad de añadirles sales.
Si en vez de emplear un ánodo de níquel se emplea un ánodo que no se disuelva en el baño (platino, plomo...) las sales de níquel se convertirán por efecto de la electrólisis paulatinamente en sus ácidos libres, sulfúrico y clorhídrico, con lo que se producirán dos fenómenos, una disminución del pH (aumento de la acidez) y una disminución de la concentración de sales, esto llevara a la progresiva perdida de eficiencia del baño.
Por esto los baños con ánodo inactivo no pueden aprovechar todo el níquel que llevan en disolución y cuando han consumido aproximadamente el 50% del níquel en sales disueltas se tornan ineficientes y sus depósitos no son buenos.
Por ello, y aunque se pueden emplear, se recomienda que siempre se emplee ánodo de níquel. El empleo de baños con ánodo inactivo solo es recomendable cuando el baño de níquel se emplea pocas veces o se desaprovecha mucho baño. Conviene de todas maneras y a pesar de su poca eficiencia emplear baños bastante diluidos.
Si se tiene dificultades en obtener níquel metálico para emplearlo como baño siempre se puede acudir al desguace de una batería de níquel cadmio o de hidruro metálico como se indica en el apartado de reciclado de baterías de metal hidruro.
* Niquelar
Cubrir un metal con un baño de níquel.
Niquelado
Baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación
El níquel es un elemento químico de número atómico 28 y su símbolo es Ni, situado en el grupo 10 de la tabla periódica de los elementos.
* Precauciones
La exposición al níquel metal y sus compuestos solubles no debe superar los 0,05 mg/cm3 medidos en niveles de níquel equivalente para una exposición laboral de 8 horas diarias y 40 semanales. Los vapores y el polvo de sulfuro de níquel se sospecha que sean cancerígenos.
El carbonilo de níquel (Ni (CO)4), generado durante el proceso de obtención del metal, es un gas extremadamente tóxico.
Las personas sensibilizadas pueden manifestar alergias al níquel. La cantidad de níquel admisible en productos que puedan entrar en contacto con la piel está regulada en la Unión Europea; a pesar de ello, la revista Nature publicó en 2002 un artículo en el que investigadores afirmaban haber encontrado en monedas de 1 y 2 euros niveles superiores a los permitidos, se cree que debido a una reacción galvánica.
* Aplicaciones
Moneda de un euro. Disco interior de cuproníquel y exterior de níquel-latón.
Aproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de acero inoxidable austenítico y otro 12% en superaleaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras aleaciones, baterías recargables, catálisis, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos y fundición:
La mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por su elevada permeabilidad magnética.
Las aleaciones níquel-cobre (monel) son muy resistentes a la corrosión, utilizándose en motores marinos e industria química.
La aleación níquel-titanio (nitinol-55) presenta el fenómeno de efecto térmico de memoria (metales) y se usa en robótica, también existen aleaciones que presentan súper plasticidad.
Crisoles de laboratorios químicos.
Níquel Raney: catalizador de la hidrogenación de aceites vegetales.
Se emplea para la acuñación de monedas, a veces puro y, más a menudo, en aleaciones como el cuproníquel.
* Niquelado sin electricidad (deposición catalítica de níquel).
Los procedimientos mas comunes parta recubrir un metal con otro son: la electrolisis, en la que se descomponen las sales de un metal por la corriente eléctrica; la sustitución, en la que las sales del metal a depositar se reducen por el metal soporte y la reducción de sales de un metal por procedimientos catalíticos.
Si tomamos un clavo de hierro y lo introducimos en una solución de sulfato de cobre en pocos segundos la superficie de hierro se recubre de una capa de cobre. En este caso se esta llevando una reacción de sustitución, el hierro del clavo sustituye al cobre. Otras reacciones similares se pueden llevar a cabo para dorar, platear, estañar etc.
Este tipo de deposición es muy cómodo pero esta muy limitado porque el metal a depositar debe ser siempre mas electrositivo que el metal base, y la capa que se consigue por este procedimiento es siempre muy fina puesto que una vez que toda la superficie del metal base tiene una capa que lo proteja, la reacción se para.
La deposición catalítica sigue otro proceso. Una disolución de sales de un metal se mezcla con un agente reductor, pero la reducción de ese metal necesita la acción de un catalizador para que actúe. Si la superficie de un metal actúa como catalizador entonces el metal base se recubre del metal en cuestión.
En el caso que exponemos el metal base es níquel en forma de cloruro de níquel, el reductor es una disolución de hipofosfito de sodio. Mezclando ambas disoluciones no se lleva a cabo ninguna reacción incluso aunque elevemos la temperatura a ebullición, salvo que actué un catalizador como el paladio o el propio níquel.
* Una formula práctica.
Pueden encontrarse muchas formulas por ahí, el Profesor Frank de Copenhague ha realizado una sencilla, fácil de obtener, y de operar, la ha probado con resultados satisfactorios. Ahí va.
Cloruro de níquel 30 gramos
Hipofosfito de sodio 10 gramos
Citrato de sodio
Ajustar el pH a 8-9 añadiendo amoniaco.
Operar a
Como hemos nombrado si disponemos de la solución anterior incluso a la temperatura mencionada no se produce ninguna reacción. Necesitamos de la acción de un catalizador. Para probar que la solución funciona podemos introducir un objeto de níquel, digo níquel porque es mucho mas barato que el paladio.
Al introducir un objeto de níquel bien limpio comienzan a producirse burbujas y se deposita níquel. En la reacción se produce hidrogeno y las burbujas mencionadas, que son de hidrogeno, indican que se esta reduciendo níquel.
Como es normal no parece muy necesario recubrir de níquel un objeto de níquel. ¿Que pasa con otros metales?
Cobre.
El cobre no tiene efecto catalítico sobre ese baño, así que si introducimos un objeto de cobre no pasa nada. Pero si tocamos durante unos instantes el objeto de cobre mediante un objeto de hierro bien limpio, se produce un par galvánico y la superficie de cobre se recubre de una finísima capa de níquel. A partir de este momento el poco níquel depositado cataliza la reacción y continuara la deposición en la superficie de cobre recubriéndola totalmente.
Zinc.
El zinc tampoco actúa como catalizador en este baño, pero al introducirlo el la solución se produce una reacción de sustitución y el zinc se recubre parcialmente de níquel, después esta superficie cataliza la reacción continuando la deposición.
Latón.
El efecto es similar al caso del zinc ya que el latón esta formado por zinc y cobre.
Hierro.
El caso es similar al del zinc, pero hay que tener en cuenta que el hierro no debe estar pasivado, la superficie debe estar muy limpia y ligeramente atacada con ácido clorhídrico para que entre en reacción.
También se pueden recubrir de níquel el acero inoxidable, el aluminio y otros aunque requieren tratamientos previos especiales que se describirán en otra ocasión.
Operación.
Como se ha nombrado, el baño debe operar a unos
Como se deposita níquel metal el baño se va haciendo cada vez más ácido y por ello hay que ir neutralizando la acidez mediante una solución de hidróxido amónico. De la misma manera el hipofosfito se va agotando y conviene reponerlo.
Para reducir totalmente el níquel del baño expuesto se necesita al menos
Si se añade hipofosfito en exceso puede que se precipite en níquel en forma de hipofosfito insoluble. El efecto del citrato de sodio es evitar la formación del hipofosfito y además ayudar a mantener el pH.
El níquel que se deposita en esta reacción contiene de 5 al 10% de fósforo y resulta bastante resistente a la corrosión y al desgaste.
Una ventaja del niquelado catalítico es que la velocidad de deposición es bastante uniforme en todos los lugares de una pieza, por ello, manteniendo una agitación adecuada se pueden niquelar piezas muy complicadas con la garantía de que se niquelaran los lugares mas inaccesible. Por el contrario el níquel electrolítico ofrece un acabado más brillante.
* Niquelado de plástico.
He realizado algunas pruebas para niquelar por este procedimiento vidrio y plástico. Los resultados no son todavía definitivos y por ello no doy la formula. Como anticipo, nombrar que es necesario preparar la superficie mediante un mordentado con ácido sulfúrico o crómico y después crear una capa muy fina de iones de paladio y estaño en forma de cloruros. Como podéis intuir no es un procedimiento trivial así que habrá que esperar.
Lugar:
Colegio Politécnico Johannes Gutenberg. (Avenida cacique Lambaré)
Actividades:
-Mostrar filmaciones por medio del infocus, de cómo se realiza el proceso de Niquelado paso a paso.
-También, por medio del infocus, mostrar las fotografías obtenidas en la empresa Galvanopar.
Metodología:
-Defensa de proyecto.
-Exposición oral.
Cronograma:
1º revisión: Ultima semana de Julio (clase de taller)
2º revisión: Ultima semana de Agosto (clase de taller)
Defensa de 1º curso 28/09/09
Destinatario/Beneficiario:
-Los alumnos y los profesores del Colegio Politécnico Johannes Gutenberg.
Recursos Humanos:
-Alejandro Arzamendia.
-Ariel Téllez.
-César González.
Rodrigo Mereles.
Recursos Materiales:
* Una Notebook o una Computadora.
* Un Infocus.
* Una pieza niquelada.
* Información sobre el tema.
Recursos Financieros:
-Alejandro Aarzamendia.
-Ariel Téllez.
-César González.
-Rodrigo Mereles.
Evaluación y Monitoreo:
- Poner todos los integrantes del grupo, ganas para que el trabajo salga bien.
- Establecer como grupo un día, lugar y horario de reunión para hacer los recorridos, las investigaciones correspondientes sobre nuestro tema y realizar la carpeta del proyecto.
- Tener bien claro como grupo que el proyecto nos ayudará a todos a ampliar nuestro conocimiento para poder realizar el Niquelado.
- Repartir en partes iguales a cada integrante lo que se debe hacer para que el proyecto sea un éxito.
- Elaborar una carpeta en la cual el contenido sea lo mas entendido posible, para que todo aquel que lo lea, lo comprenda fácilmente, y así facilitar el aprendizaje de algunas personas.
- Aceptar como grupo las criticas sobre el trabajo si algo sale mal o no es de agrado para alguna persona.
Medidas de Seguridad y Precaución:
- Algunas medidas de seguridad que tenemos que tener en cuenta para hacer un Niquelado por prevenir cualquier accidente son:
* Usar los elementos necesarios y correspondientes para el Niquelado.
* Guantes resistentes al ácido.
* Tapa bocas para evitar inhalar el olor que se desprende del material a Niquelar cuando se calienta.
* Los componentes químicos necesarios para elaborar el proceso mecanizado.
Higiene para el Niquelado:
- La persona que se encarga de realizar el Niquelado debe ser una persona limpia, físicamente hablando, debe higienizarse antes y después de realizar el Niquelado para evitar problemas.
- También deben de estar bien limpios los materiales a ser usados por la persona que se encarga de realizar el proceso mecanizado:
* Los guantes deben estar bien limpios (sin sudor).
* Las botas bien aseadas.
* Tapa bocas limpios (uno por cada día).
* Los químicos necesarios para el Niquelado renovarlos cada vez que se noten que ya no sirven.
Riesgos y Soluciones:
- Algunos de los riesgos que corre la persona que niquela es que si no cumple con las normas o reglas establecidas puede sufrir un accidente innecesario. Uno de los accidentes mas comunes es que la persona no usa guantes de protección contra el ácido, y cuando mete la mano en el ácido mudrático (químico utilizado para despojar del material las impurezas) sufre algunas quemaduras.
- Otro de los accidentes mas comunes es que la persona no usa tapa bocas, y al inhalar el humo que se desprende de la pieza se intoxica y debe ser hospitalizado para que se pueda atender y recuperar.
- Una solución a estos problemas es que se sea más estricto con los obreros para que cumplan con las reglas o normativas requeridas. Y otra puede ser que si un obrero no cumple con las reglas establecidas se lo despida para que aprenda a trabajar con reglas.
Anexos:
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