Tratamientos superficiales – Elementos de fijación de acero

Puntos fuertes

Aspecto visual..
Los elementos de fijación zincados electrolíticamente presentan un aspecto limpio y metálico. El recubrimiento es liso y puede pasivarse en acabados plata brillante, iridiscente, amarillo o negro. Para aplicaciones visibles — productos de consumo, montajes interiores o cualquier aplicación que vea el cliente final — el zincado electrolítico es una buena elección.

Precisión dimensional.
Dado que el recubrimiento es muy fino y uniforme, los elementos de fijación zincados electrolíticamente mantienen tolerancias ajustadas. Las roscas encajan correctamente con calibres y componentes acoplados, incluso con espesores de recubrimiento reducidos, siempre que el proceso se haya realizado conforme a la norma.

Resistencia a la corrosión (aplicaciones moderadas)..
Un recubrimiento de zinc electrolítico de 12 µm con una capa de pasivado proporciona una protección razonable contra la corrosión — normalmente entre 96 y más de 200 horas en ensayos de niebla salina neutra (ISO 9227), dependiendo del sistema de pasivado utilizado. Esto es adecuado para aplicaciones interiores.

Limitaciones

Resistencia a la corrosión en entornos agresivos.
En comparación con el galvanizado en caliente, los recubrimientos electrolíticos son finos. En entornos exteriores agresivos, marinos o permanentemente húmedos, esa cantidad limitada de zinc se consume con relativa rapidez.

Riesgo de fragilización por hidrógeno.
Esta es la limitación más importante para los elementos de fijación de alta resistencia. El proceso de zincado electrolítico implica un decapado ácido para limpiar la superficie del acero, seguido de la propia electrodeposición; ambas etapas pueden introducir hidrógeno en el acero. En elementos de fijación con una resistencia a la tracción superior a aproximadamente 1040 MPa (Clase de Propiedad 10.9 y superior), esto genera un riesgo de fragilización por hidrógeno (HE): la pérdida permanente de ductilidad de un metal o aleación causada por hidrógeno atómico en combinación con tensiones de tracción derivadas de cargas externas y/o tensiones residuales internas.

La norma ISO 4042 aborda este riesgo exigiendo un tratamiento térmico posterior al recubrimiento (normalmente a 200 °C durante más de 8 horas) para eliminar el hidrógeno del acero. Cuando este tratamiento se realiza y documenta correctamente, el riesgo queda controlado. Cuando no se realiza — o se lleva a cabo de forma inadecuada — el riesgo permanece. Por ello, los elementos de fijación de Clase de Propiedad 12.9 rara vez se suministran con recubrimientos electrolíticos y muchas investigaciones sobre fallos relacionados con recubrimientos terminan señalando al proceso de zincado como causa principal.

Lo que hace bien

Protección contra la corrosión en entornos agresivos..
El considerable espesor de un recubrimiento galvanizado por inmersión en caliente significa que hay una cantidad significativamente mayor de zinc disponible para proporcionar protección sacrificial. Los elementos de fijación galvanizados por inmersión en caliente superan habitualmente las 1.000 horas en ensayos de niebla salina y son la opción preferida para aplicaciones estructurales en exteriores: puentes, torres de transmisión, instalaciones solares, equipos agrícolas y herrajes de construcción.

Durabilidad y resistencia al impacto.
La unión metalúrgica entre las capas de aleación zinc-hierro y el sustrato de acero es muy fuerte. Los recubrimientos galvanizados por inmersión en caliente resisten los daños mecánicos —desconchados, desprendimientos y descamaciones— mucho mejor que los recubrimientos electrolíticos. En entornos de construcción y manipulación exigentes, esta resistencia es fundamental.

iesgo muy bajo de fragilización por hidrógeno (HE)..
El proceso de galvanizado no introduce hidrógeno en el acero de la misma manera que lo hace el galvanizado electrolítico. De hecho, el baño de zinc fundido a alta temperatura tiene un ligero efecto de desgasificación, expulsando el hidrógeno en lugar de introducirlo. Cualquier riesgo de fragilización por hidrógeno derivado de la etapa previa de decapado ácido es muy bajo en comparación con el galvanizado electrolítico, y la posterior inmersión a alta temperatura lo mitiga en gran medida. Por ello, el galvanizado por inmersión en caliente se considera mucho más compatible con elementos de fijación de alta resistencia desde el punto de vista de la fragilización por hidrógeno.

Larga vida útil.
La combinación del espesor del recubrimiento, la integridad de la unión y la masa de zinc permite que los elementos de fijación galvanizados por inmersión en caliente proporcionen décadas de protección en aplicaciones estructurales exteriores con poco o ningún mantenimiento.

Dónde presenta limitaciones

Espesor del recubrimiento y ajuste de la rosca.
Esta es la limitación práctica más importante. M8 es la dimensión mínima para el galvanizado por inmersión en caliente debido al espesor mínimo del recubrimiento de 40 µm. En una rosca métrica estándar, esto consume una parte significativa de la tolerancia de la rosca.

La norma ISO 10684 aborda esta cuestión mediante dos sistemas de tolerancia de rosca: el sistema métrico ISO (subdimensionado) y el sistema de rosca sobredimensionada. Esto significa que los tornillos y tuercas galvanizados por inmersión en caliente deben combinarse de acuerdo con el sistema de ajuste de tolerancias correspondiente.

Apariencia.
Los recubrimientos galvanizados por inmersión en caliente presentan un aspecto gris mate, una textura algo rugosa y una apariencia variable. Son totalmente funcionales, pero no especialmente refinados desde el punto de vista estético.

Lo que hace bien

Excelente resistencia a la corrosión para el espesor del recubrimiento..
Esta es la propiedad más destacada de los recubrimientos de láminas de zinc. La estructura superpuesta de las láminas crea un recorrido altamente complejo para los agentes corrosivos: la humedad y las sales deben atravesar capa tras capa de zinc en lugar de penetrar directamente. Un recubrimiento de láminas de zinc de 12 µm alcanza habitualmente entre 720 y más de 1.000 horas en ensayos de niebla salina neutra (dependiendo de la formulación base y del top coat).

Amplia gama de propiedades funcionales.
La selección del top coat puede aportar propiedades funcionales adicionales, entre ellas aislamiento eléctrico, alta resistencia química, resistencia al impacto y a la abrasión, resistencia térmica, una amplia gama de colores y lubricantes adicionales para controlar el coeficiente de fricción.

Sin riesgo de fragilización por hidrógeno (HE)..
Los recubrimientos de láminas de zinc se aplican a partir de suspensiones acuosas o a base de disolventes, sin ningún proceso de decapado ácido ni deposición electroquímica. No existe ningún mecanismo que permita la introducción de hidrógeno en el acero. Esto convierte al recubrimiento de láminas de zinc en la opción preferida para elementos de fijación de alta resistencia — Clases de Propiedad 10.9 y 12.9 — cuando el riesgo de fragilización por hidrógeno asociado al galvanizado electrolítico es inaceptable y el espesor del galvanizado por inmersión en caliente es incompatible con las tolerancias de la rosca.

Delgado y dimensionalmente compatible.
Con espesores de entre 4 µm y 20 µm, los recubrimientos de láminas de zinc son lo suficientemente delgados como para aplicarse a elementos de fijación con roscas de precisión sin requerir, en la mayoría de los casos, tolerancias especiales para roscas sobredimensionadas. Las tolerancias estándar de rosca suelen admitir los espesores de los recubrimientos de láminas de zinc dentro de la clase de tolerancia 6h/6H.

Dónde presenta limitaciones

Baja ductilidad.
Los recubrimientos de láminas de zinc generalmente no son muy dúctiles. El rendimiento frente a la corrosión puede verse afectado cuando se produce una deformación después de la aplicación del recubrimiento.

Problemas específicos del proceso de recubrimiento relacionados con los elementos de fijación.
Por ejemplo, el relleno involuntario de cavidades (hexágonos interiores, alojamientos de accionamiento), modificando sus dimensiones. Retención de partículas en las roscas. Cobertura irregular del recubrimiento en arandelas: las arandelas pueden quedar adheridas entre sí y las superficies en contacto no reciben recubrimiento.