CAPÍTULO V: RESULTADOS

32
CAPÍTULO V. Resultados
CAPÍTULO V: RESULTADOS
5.1 Determinación de espesores de recubrimientos
Se determinó el grosor del recubrimiento de zinc en las láminas mediante el método
electromagnético, como se describe en el punto 4.3.1. Posteriormente se realizó el
electropintado catódico en negro de acuerdo a lo establecido en el apartado 3.2.2 y se
midió el espeso de la capa aplicada empleando el mismo equipo. En la Tabla 5.1 se
presentan los promedios aritméticos con la desviación estándar de los resultados
obtenidos por cada tipo de recubrimiento.
Tabla 5.1 Medida en micras de los recubrimientos de las láminas
Tipo de recubrimiento
Sin zinc
Zinc al fuego
Zinc electrolítico
Zinc (µm)
------------
8.95 + 0.43
7.63 + 0.12
Pintura (µm)
23.25 + 0.81
21.73 + 0.88
21.46 + 0.79
La exigencia típica para piezas con aplicación de pintura por inmersión catódica y con
fosfatado de zinc, es un grosor de este recubrimiento de entre 15 y 35 µm. La gráfica en
la Figura 5.1 muestra el resultado de la medición de espesores de pintura en láminas sin
recubrimiento de zinc con una distribución normal y centrada en los límites de control.
Figura 5.1 Distribución normal en los espesores de pintura
33
CAPÍTULO V. Resultados
Las Figuras 5.2 y 5.3 representan el resultado de la medición de espesores de pintura en
láminas con zinc al fuego y electrolítico respectivamente, la gráfica corresponde a una
distribución normal con ligera tendencia al límite inferior especificado.
Figura 5.2 Distribución normal en láminas con zinc al fuego
Figura 5.3 Distribución normal en láminas con zinc electrolítico
La incertidumbre de la medición del recubrimiento plástico se reporta en la Taba 5.2.
Tabla 5.2 Incertidumbre de la medición del espesor de pinturas en láminas
Tipo de recubrimiento
Sin zinc
Zinc al fuego
Zinc electrolítico
Pintura (µm)
23.25 + 1.84
21.73 + 1.84
21.46 + 1.84
34
CAPÍTULO V. Resultados
5.2 Pruebas de corrosión acelerada en cámaras de niebla salina y tres fases
Se realizó el rayado de las láminas y se procedió a efectuar las pruebas en las cámaras,
tal como se describe en la sección 4.2.4. En la Figura 5.4 se ejemplifica el daño
obtenido por la corrosión. Como puede observarse, el ataque se ve reflejado en el
desprendimiento de la pintura. En el caso de las láminas zincadas y en las dos cámaras,
el daño varía a lo largo del rayado e inclusive hay zonas en las que no existe.
CÁMARA DE NIEBLA SALINA
Sin Zinc
Zinc al fuego
Zinc electrolítico
CÁMARA DE TRES FASES
Sin Zinc
Zinc al fuego
Zinc electrolítico
Figura 5.4 Láminas expuestas a 480 horas de niebla salina y 90 ciclos de tres fases
35
CAPÍTULO V. Resultados
Para determinar cualitativamente la migración se quita la pintura que no esté adherida a
la lámina en el rayado y posteriormente se mide la longitud del daño causado por la
corrosión cada 5 mm de distancia. Para realizar la medición se empleó un microscopio
óptico o el estereoscopio debido a la precisión necesaria en el estudio. El primero es
especialmente útil para medir la migración de las láminas sin zinc, ya que en algunos
casos la migración obtenida es mínima.
La Figura 5.5 muestra una fotografía, tomada con el estereoscopio, de dos de las
mediciones realizadas a una de las muestras empleadas. Se puede apreciar como el
desprendimiento del recubrimiento es diferente y algunas partes no son afectadas.
Figura 5.5 Ejemplo de medición de la migración
Los índices de migración (Ecuación 4.1) obtenidos para cada tipo de lámina y para los
tiempos establecidos se observan en la Figura 5.7 para las expuestas en niebla salina y
en la Figura 5.6 para las pruebas combinadas. En ambos gráficos se puede observar que
las muestras que no fueron cubiertas con zinc electrolítico presentan mayor resistencia a
la migración, mientras que las protegidas con zinc al fuego son las más dañadas.
De igual forma se tiene que para las láminas sin recubrimiento metálico al paso del
tiempo de exposición la migración no avanza tanto como en el caso de las muestras con
zinc. El comportamiento obtenido no es el mismo para ninguno de las tres calidades
36
CAPÍTULO V. Resultados
superficiales en el ensayo de tres fases, por otro lado, hay un ligero parecido en la
tendencia que muestran los resultados de niebla para las piezas zincadas.
Tres Fases
7
migracion
6
5
4
3
2
1
0
0
15
30
45
60
ciclos
zinc electrolítico
zinc al fuego
75
90
sin zinc
Figura 5.6 Migración (µm) vs. ciclos de prueba en cámara de tres fases
Niebla Salina
migracion (mm)
2
1.6
1.2
0.8
0.4
0
120
240
360
zinc electrolirtico
480
horas
zinc al fuego
600
720
840
sin zinc
Figura 5.7 Migración (µm) vs. horas en cámara de niebla salina
Al comparar los resultados de la cámara de niebla salina con los dos primeros de las
pruebas combinadas (ver Figura 5.8) se tiene que hay un mayor índice de migración en
las pruebas de tres fases. Esto se debe a que en el ensayo de rocío salino, la temperatura,
salinidad y humedad relativa dentro de la cámara siempre es la misma, mientras que en
la de tres fases el cambio de estas variables es constante y por tanto el recubrimiento
37
CAPÍTULO V. Resultados
sufre una fatiga y consecuentemente, la velocidad de corrosión es mayor y se deriva en
un desprendimiento mas rápido de la pintura en la lámina.
NS al fuego
T F al fuego
Índice de Migración ( µ m)
6
5
4
3
2
1
0
240
360
480
Tie mpo de e xposición (hrs)
NS electrolítico
600
720
T F electrolítico
Índice de Migración ( µ m)
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
240
360
480
Tie mpo de exposición (hrs)
NS sin zinc
600
720
600
720
T F sin zinc
Índice de Migración ( µ m)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
240
360
480
Tie mpo de exposición (hrs)
Figura 5.8 Migración (µm) vs. tiempo de prueba, comparación gráfica entre los dos métodos
38
CAPÍTULO V. Resultados
Al analizar los efectos a 360 horas de exposición se tiene que la lámina con protección
de zinc al fuego es la más afectada en las dos pruebas y presenta mayor daño en la de
tres fases. Después de 720 horas de almacenamiento, el ataque aumentó y la niebla
salina continuó siendo la que provoco menor deterioro.
Las muestras con zincado electrolítico sometidas a 360 horas de pruebas combinadas
presentaron mayor migración que las de niebla, sin embargo, a las 720 horas los
resultados cambiaron. Obtenido una mejor protección contra el ambiente corrosivo de la
cámara de tres fases.
La lámina con menor índice de migración es la que no fue recubierta con metal, tanto a
360 como a 720 horas el medio corrosivo de la cámara de niebla salina es la que menos
migración muestra en el metal.
5.3 Celda electrolítica
Esta prueba se realizó empleando la metodología y parámetros descritos en el punto
4.3.5. En la Figura 5.9 se muestra el daño provocado por la celda electrolítica. Las
muestras sometidas a esta prueba, son evaluadas de la misma forma que las de las
cámaras. Esto es, quitar la pintura que se ha desprendido en el rayado y medir el espesor
de la muestra expuesta cada 5 mm. Se emplea el mismo equipo para medir el daño y
evitar, de esta forma, un factor de variación en los resultados. Con los datos obtenidos
se calcula el índice de migración empleando la Ecuación 4.1.
Figura 5.9 Daño obtenido en la celda electrolítica con el estereoscopio
39
CAPÍTULO V. Resultados
En las Tabla 5.3, 5.4 y 5.5 se reportan los tiempos de exposición requeridos en la celda
electrolítica, para reproducir la migración obtenida a en los tiempos de prueba
establecidos en la cámara de niebla salina y de tres fases.
Se puede observar que no existe un comportamiento lineal en ninguno de los casos; por
ejemplo, la Tabla 5.5 representa los tiempos de las piezas sin zinc, expuestas a niebla
salina y se tienen que a 360 y 480 hora de almacenamiento en la cámara equivalen a 8.6
horas en la celda. Además de que 600 y 720 horas son 9.1 hr en la cuba.
En las mismas tablas (5.3, 5.4 y 5.5) se reportan las correlaciones entre las pruebas
normalizadas y la celda electrolítica para cada tipo de recubrimiento. Como se puede
observar, las correlaciones no son lineales y se puede apreciar en las figuras 5.10, 5.11 y
5.12.
Tabla 5.3 Datos y correlación para cámaras con zinc electrolítico
Índice de Migración (mm)
Niebla Salina (hr)
Celda Electrolítica (hr)
0.25
240
11.7
0.48
360
12.1
0.76
480
14.6
1.10
600
16.5
1.44
720
17.3
Correlación
y = 0.0131x + 8.152
R2
0.9569
Índice de Migración (mm)
Tres fases (ciclos)
Celda Electrolítica (hr)
0.74
15
14.58
1.23
30
16.88
3.89
60
22.17
4.94
90
32.12
Correlación
y = 3E-6x2 + 0.0008x + 14.051
R2
0.9983
40
CAPÍTULO V. Resultados
33
y = 0.0131x + 8.152
R2 = 0.9569
índice de migración (mm)
índice de migración (mm)
18
16
14
12
10
240
360
480
600
29
y = 3E-06x2 + 0.0008x + 14.051
R2 = 0.9983
25
21
17
13
360
720
720
tiempo de pruebas (horas)
NS electrolítico
1080
1440
TF electrolítico
Lineal (NS electrolítico)
Polinómica (TF electrolítico)
Figura5.10 Migración (mm) vs. tiempo de prueba (hrs)en láminas con zinc electrolítico
expuestas en cámaras de niebla salina y tres fases, respectivamente.
Tabla 5.4 Datos y correlación para cámaras con zinc al fuego
Índice de Migración (mm)
Niebla Salina (hr)
Celda Electrolítica (hr)
0.50
240
9.5
0.84
360
10.0
1.19
480
13.7
1.50
600
14.0
1.90
720
Correlación
1800
tiempo de prueba (horas)
14.8
2
y = -1E-5x + 0.026x + 3.616
2
R
0.9071
Índice de Migración (mm)
Tres fases (ciclos)
Celda Electrolítica (hr)
0.98
15
11.25
2.41
30
16.94
4.76
60
25.23
5.76
90
27.54
2
Correlación
y = -5E-6x + 0.0224x + 3.7636
R2
0.9995
2160
41
CAPÍTULO V. Resultados
14
30
y = -1E-05x2 + 0.026x + 3.616
R2 = 0.9071
índice de migración (mm)
índice de migración (mm)
15
13
12
11
10
9
240
y = -5E-06x2 + 0.0224x + 3.7636
R2 = 0.9995
25
20
15
10
360
480
600
720
360
720
tiempo de prueba (horas)
NS al fuego
1080
1440
1800
tiempo de prueba (horas)
Polinómica (NS al fuego)
TF al fuego
Polinómica (TF al fuego)
Figura5.11 Migración (mm) vs. tiempo de prueba (hrs)en láminas con zincado al fuego
expuestas en cámaras de niebla salina y tres fases, respectivamente.
Tabla 5.5 Datos y correlación para cámaras sin zinc
Índice de Migración (mm)
Niebla Salina (hr)
Celda Electrolítica (hr)
0.18
240
8.2
0.20
360
8.6
0.23
480
8.6
0.29
600
9.0
0.30
720
9.0
Correlación
y = 5.1356 x 0.0859
R2
0.9212
Índice de Migración (mm)
Tres fases (ciclos)
Celda Electrolítica (hr)
0.32
15
9.0
0.52
30
9.1
1.10
60
10.8
2.10
90
11.7
Correlación
y = -5E-8x2 - 0.0017x + 8.2089
R2
0.9629
2160
42
CAPÍTULO V. Resultados
9
12
y = 5.1356x0.0859
R2 = 0.9212
índice de migración (mm)
índice de migración (mm)
9.2
8.8
8.6
8.4
8.2
240
480
720
tiempo de prueba (horas)
NS sin zinc
Potencial (NS sin zinc)
y = -5E-08x2 + 0.0017x + 8.2089
R2 = 0.9629
11
10
9
360
720
1080
1440
1800
tiempo de prueba (horas)
TF sin zinc
Polinómica (TF sin zinc)
Figura5.12 Migración (mm) vs. tiempo de prueba (hrs)en láminas sin zinc
expuestas en cámaras de niebla salina y tres fases, respectivamente.
Al analizar los resultados se obtiene que en las láminas sin recubrimiento metálico
expuestas a la celda, el índice de migración deseado se reproduce en menos tiempo
comparada con las muestras zincadas. Es decir, las piezas sin zinc son las más
deficientes en cuanto a protección superficial se refiere, mientras que las tratadas con
zinc electrolítico ofrecen una mayor resistencia a ataque del medio en el sentido de la
migración.
Sin embargo, los resultados de las pruebas normalizadas reportadas en las figuras 5.6 y
5.7 señalan que las láminas sin recubrimiento metálico poseen una mayor resistencia a
la migración que las tratadas con zinc.
Esto se debe a que dentro del proceso de aplicación, la conversión en la etapa de
fosfatado es diferente, ya que ésta depende de la superficie metálica a la que se le aplica,
es decir que en la superficie del acero el tamaño de los cristales de Fosfato son mayores
que los de las lámina con capa de Zinc, lo que redunda en mayor poder de adherencia de
la capa de pintura.
Cuando el material sin recubrimiento metálica se somete a las pruebas en las cámaras,
no existe protección sobre la superficie del acero que evite la corrosión en el metal
2160
43
CAPÍTULO V. Resultados
expuesto al medio. El daño no se ve reflejado en el desprendimiento de pintura en el
rayado, ya que al no haber resistencia la corrosión ataca directamente al metal y lo va
perforando.
Al comparar las muestras con zinc electrolítico de la Tabla 5.3 se puede observar que el
daño provocado en el ensayo de niebla salina en, por ejemplo, 480 horas se puede
obtener con el método propuesto en 15 hr. De esta forma, para las piezas estudiadas, las
pruebas que duran hasta 30 días pueden obtenerse en menos de uno (aproximadamente
19 horas). Por otro lado, el daño provocado en la cámara de tres fases durante 90 días
se logra en 34 horas, poco más de día y medio.
De igual formase reducen los tiempos de prueba en todos los ensayos realizados, en la
Tabla 5.6 se reporta la disminución de tiempos obtenida en porcentajes. Se puede
observar como en el ahorro de tiempo de prueba es significativo.
Tabla 5.6 Porcentaje de reducción de tiempos en pruebas estandarizadas
HORAS NORMALIZADO
240
360
480
600
720
CICLOS NORMALIZADOS
15
30
60
90
Tiempo reducido en cámara de niebla salina (%)
Zinc Electrolítico
Zinc al fuego
Sin Zinc
95.0 – 95.3
94.8 – 95.2
93.8 – 94.0
92.7 – 93.3
92.6 – 93.0
95.9 – 96.1
96.0 – 96.3
94.6 – 94.9
94.1 – 94.3
93.8 – 94.0
96.5 – 96.7
96.4 – 96.5
96.4 – 96.5
96.2 – 96.3
96.2 – 96.3
Tiempo reducido en cámara de tres fases (%)
Zinc Electrolítico
Zinc al fuego
Sin Zinc
93.8 – 94.1
92.9 – 93.1
90.7 – 90.9
86.65– 86.7
95.4 – 95.5
92.7 – 93.0
89.4 – 89.6
88.3 – 88.7
96.0 – 96.3
96.1 – 95.2
95.3 – 95.6
95.1 – 92.2