Galvanizado electrolítico de zinc

Estas son unas pruebas para galvanizar acero, siguiendo las entradas de restauración de bicicletas, porque hay piezas que se han deteriorado en exceso por la oxidación y el zincado es una buena forma de proteger el acero en entornos de humedad ambiental alta. En mi caso no se trata de dar un acabado profesional o similar al cromado, tan sólo de proteger los elementos metálicos de las bicicletas más expuestos por el desgaste o el roce, como la cadena y alguna que otra pieza...y también para experimentar con otros recubrimientos como el cobreado o el estañado.

El primer paso es montar un equipo para galvanizar. Para ello se ha empleado una cubeta alta (tupperware de 1,6L), que para piezas pequeñas es suficiente. Conviene que sea además rectangular más que cuadrada, así se puede dejar más superficie expuesta y ajustar más la distancia entre ánodo o chapa a sacrificar (+) y cátodo (-) o pieza a galvanizar. Para el ánodo he empleado una pieza de zinc puro de las que se gastan en las canales de los tejados, es fácil de encontrar en cualquier tienda de fontanería, de unos 85 gramos de peso. La ventaja es que es una placa plana y de 1mm de sección, así que sirve para muchos usos.

Para el suministro de corriente continua sirve una fuente de alimentación de ordenador antigua, tiene tres salidas a 3.3V,  5.0V y 12.0V , he empleado la salida de 3.3V tomando dos de los cables naranjas (+) y dos de los cables negros (-) y he usado hilo de cobre de 2,5mm2 de sección para conectar a la chapa de zinc y a la pletina de soporte de las piezas. La pletina perforada es de acero galvanizado y permite colocar varias piezas a la vez. Un interruptor (interruptor, no pulsador) puenteado entre el cable verde del mazo de cables y uno de los cables negros sirve para arrancar la fuente. Además se ha colocado una bombilla de coche de 12V y 21W para saber cuándo se enciende la fuente y está pasando la corriente (a un cable amarillo y a otro negro de uno de los conectores tipo molex) . En ocasiones si la potencia demandada por el elemento a galvanizar es excesiva la protección de la fuente la apaga, en ese caso hay que desconectar y retirar algunas piezas o disminuir la superficie a galvanizar, y esperar un par de minutos para reiniciarla.También se apaga si accidentalmente se tocan ánodo y cátodo.

En cuanto al electrolito, hay muchas formulaciones, desde sólo vinagre o salfuman y agua destilada a partes iguales, hasta una mezcla de agua destilada con vinagre, sales de sulfato de magnesio y sulfato de zinc. Esta última es la que he empleado:

100 gr Sulfato de Magnesio (Epsom salt)

   30gr Sulfato de Zinc

65ml de vinagre

30ml salfuman

1400ml agua destilada

20 gr de azúcar (3+1/2 sobres de 6gr)

 Además he incorporado un agitador, en internet hay quien usa una bomba de pecera, pero prefiero el agitador mecánico porque genera una circulación más efectiva. Para ello he acoplado a un pequeño motor un par de hélices de plástico que tienen las aspas en sentido contrario (contra-rotatorias), el sentido de giro es el que empuje el agua hacia abajo en la hélice superior. Las hélices quedan en los tercios de la altura del electrolito. Funciona bien a 1,5V, aunque depende de tamaño del motor (ver entrada de Impresion en 3D). Si se emplea con la misma fuente de alimentación a la salida de 3.3V se puede intercalar un potenciómetro de 100 ó 470 ohms para regular la velocidad, la idea es que remueva el electrolito sin salpicar. El IPE va sobrado para sujetar firmemente el invento sin que las hélices empiecen a vibrar y oscilar en cualquier dirección.

Con varias pruebas iniciales al final se van obteniendo resultados aceptables y se va viendo cómo ajustar el proceso en cada caso. Lo más importante es la limpieza exhaustiva de las piezas a zincar. Los restos de pintura, aceite, óxido... y en general todo lo que sea suciedad impide que se adhiera el zinc. En hierros oxidados el problema está en las picaduras que provoca la herrumbre, porque se generan cavidades en la superficie rellenas de óxido que es difícil eliminar y donde no se creará recubrimiento.

Primera prueba defectuosa por mala preparación de la pieza, el recubrimiento ha sido desigual

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Pasos para la limpieza del acero (guantes, gafas, máscara anti-polvo y local ventilado) :

Sí hay pintura:

Decapado químico con disolventes o productos específicos, decapado con calor (soplete) o mecánico con abrasivos o cepillo.

Si hay óxido:

Decapado mecánico con lija o cepillo de púas metálicas o de fibra para el óxido más superficial

Decapado químico para el óxido en los surcos del acero con ácido acético (vinagre blanco) o ácido clorhídrico (salfuman), o ambos en baños alternos con la ayuda de un pincel. En vinagre se puede dejar a remojo una noche o un día, en salfuman que es más agresivo hay que controlar por periodos de 30 minutos las piezas.

Cubeta con salfuman.

 Recipiente con vinagre blanco, mejor si se puede sumergir toda la pieza y dejar que el vinagre haga efecto.

Después se enjuagan las piezas con agua limpia y con bicarbonato sódico, y con un cepillo de dientes se frotan bien para acabar de limpiar y neutralizar el ácido.

 Limpieza con bicarbonato sódico.

Una vez limpio con salfumant o vinagre el acero se oxida rápidamente en cuestión de minutos si no se neutraliza antes, así que este paso es mejor hacerlo inmediatamente antes del galvanizado.

 Se aprecia que el bicarbonato aún arrastra suciedad de la superficie.

 Aspecto de las piezas tras la limpieza química y el bicarbonato. En pocos minutos se empieza a formar una ligera capa de verdín y en pocas horas se oxida otra vez con más facilidad.

 Limpieza con ultrasonidos tras la limpieza mecánica y química, se limpia el acero pero no deja una superficie preparada para el recubrimiento. Mejora con un pulido posterior.

Aspecto de las piezas tras la limpieza con ultrasonidos.

 Pruebas con disco de cerdas gruesas de nylon, se obtiene un buen pulido y una buena superficie para galvanizar. También se ha empleado para pulir el galvanizado.

En las primeras pruebas sólo la limpieza (incluido los ultrasonidos) no acaba de dejar una superficie lo suficientemente apta para el recubrimiento. El mejor resultado se obtiene puliendo la pieza con el taladro y un disco con cerdas de fibra gruesa. Tras ello e inmediatamente antes de introducir al baño de zinc hay que pasar por un decapado químico con salfuman y un nuevo enjuague con agua. En internet hay muchos tutoriales del proceso y videos, esta entrada es sólo mi experiencia particular.

 En la muestra inferior sólo se ha obtenido un recubrimiento parcial en algunas zonas debido a que la superficie no estaba realmente limpia. Con un pulido como el de la pieza central se obtiene el acabado de la pieza de encima.

El baño electrolítico depende de cada pieza, dura unos 10-15 minutos o hasta que el zinc empieza a precipitar en forma de pelos en los alambres de los que cuelga la pieza, o empiezan a oscurecerse los bordes de la misma. lo que indica que ya no se deposita más zinc en ella. La capa de zinc es muy fina y en ocasiones salta al rozarla, lo que indica que no ha adherido bien al soporte, en ese caso hay que limpiar de nuevo la zona afectada. Cuando el zincado es correcto se obtiene un color gris claro y uniforme.
Finalizada la deposición de zinc se saca del baño, se enjuaga en agua y se seca con cuidado de no frotar en exceso. La capa de zinc se puede endurecer con cromato azul o amarillo (hay empresas que los venden ya preparados). En mi caso he empleado la marca Tifoo con cromato azul, se sumerge unos 20-30 segundos la pieza. No se aprecia un cambio tan espectacular como he visto en algunos videos, donde emplean un cromato más industrial, debe ser que esta marca funciona mejor cuando se emplean sus electrolitos de zinc. 

El cromato es un baño breve que aumenta por tres la durabilidad de la protección de zinc. Con un baño corto de unos 20 segundos el acabado es más brillante pero menos efectivo. Hasta 30-40 segundos y más se consigue una protección mayor pero con un acabado menos brillante.

El color gris claro del zinc puede pulirse con cuidado, en mi caso esperando un día desde que se aplicó la capa de zinc. Las manchas negras de la omega corresponden a zonas donde no se han eliminado las zonas afectadas por el óxido. Los alambres son de acero galvanizado y son los empleados para el baño electrolítico, no hace falta que sean muy gruesos puesto que la zona donde toca el alambre queda poco expuesta al recubrimiento, conviene que queden holgados para que toquen la menor superficie de la pieza a tratar y permitan moverlos durante el baño.

Detalle  del recubrimiento de zinc recién sacado del baño y en el centro la barra pulida sin tratar.

 Barra inferior curvada, aunque el recubrimiento no tenía un color homogéneo al pulirlo se queda uniforme. La barra central más larga está pulida sin galvanizar y las dos superiores galvanizadas sin pulir.

Aspecto de la barra central, se ha pulido la mitad de la izquierda, la otra mitad está sin pulir.

 Cadena de bicicleta, después de la limpieza con gasolina, vinagre y ultrasonidos. La primera prueba que hice salió mal, porque la chapa de zinc del ánodo estaba nueva y el electrolito no tenía iones de zinc (también empecé las pruebas con 5V y a menor voltaje se obtiene mejor resultado). Se óxidó la pieza más que se recubrió de zinc. Tras varias pruebas con otras barras más fáciles de limpiar y preparar y dejando la chapa reposar en el baño se genera un buen electrolito para el galvanizado, tuve que volver a frotar toda la cadena con una esponja de acero, y después de todas las pruebas anteriores con acero corrugado esta vez sí que salió bien.

 En este caso no pasé por ácido la pieza antes del galvanizado. Un cepillado hasta dejar pulida la superficie fue suficiente, igual en los procesos industriales se hace así para ahorrar trabajo y esfuerzo.

Todo el equipo recién montado, muy limpio y brillante todo ....así no funciona. La chapa de zinc que actúa como ánodo (la que tiene forma de media luna) hay que frotarla para decaparla y dejarla reposar en el baño una noche. Esta cadena agrupada en forma plana y con huecos hay que hacerla en varias fases, aunque hay zinc disuelto en todo el baño aquí no me cabe el agitador y el acabado es desigual por alturas y por proximidad al ánodo, se pone una cara, luego la otra, se le da la vuelta en vertical y otras dos veces a cada cara. Si empieza a precipitar zinc en forma de virutas hay que sacar la pieza, frotar esas zonas, cambiar la posición y volver a sumergir en el baño. Para esta pieza este recipiente (1,6L) se queda pequeño, hace falta una cubeta de 2 a 3 litros.

 Fuente de alimentación de ordenador con los cables conectados al naranja (+3,3V) y al negro (negativo-masa)

 Aspecto final tras dos inmersiones de 15 minutos cada una (con un frotado intermedio suave con esponja de lana de acero) y detalle de la capa de zinc de color gris claro sobre los eslabones. Los eslabones interiores al estar medio tapados quedarán recubiertos a trozos, en cualquier caso el resultado es más o menos lo que buscaba porque la idea es que el recubrimiento sea efectivo frente a la oxidación y no estético. Al salir del baño y enjuagar éste es el aspecto, hay que dejar secar y endurecer la capa de zinc. Con la ayuda de un secador se calienta la pieza para evaporar el agua que haya quedado, y se minimiza que el posible acero que ha quedado sin recubrir se empieze a oxidar hasta que no se de el paso final de cromato azul al día siguiente y se vuelva a engrasar con aceite.

El zinc es un metal relativamente blando, la cadena al recibir la capa de zinc que queda un poco rígida al principio por el roce que se genera con el nuevo recubrimiento, pero haciendo movimientos de zig-zag eslabón por eslabón se vuelve a recuperar la soltura, luego el aceite hace el resto.