¿Qué es el electropulido y cómo funciona?

El electropulido, una tecnología eficiente para el tratamiento de superficies metálicas, desempeña un papel crucial en la producción bajo demanda. Este proceso mejora el acabado y la textura de la superficie metálica, además de aumentar la resistencia a la corrosión de la pieza mediante reacciones electroquímicas. Este artículo ofrece una visión general del electropulido.

¿Qué es el electropulido?

El electropulido es un proceso de mecanizado electroquímico que pule la superficie de un metal mediante disolución anódica, al sumergirlo en un electrolito adecuado y someterlo a una baja densidad de corriente. El electropulido se aplica a la mayoría de los materiales metálicos comunes y, al igual que el pulido químico, se ha adoptado recientemente para el pulido de materiales semiconductores.

El electropulido se basa en la disolución selectiva de las asperezas superficiales para lograr un acabado liso y brillante, similar al del pulido químico. Este proceso requiere la aplicación de una corriente eléctrica. En el baño de electropulido, la pieza a pulir actúa como ánodo y un metal insoluble como cátodo; se aplica un voltaje entre ambos electrodos.

Al energizar el sistema, se produce una reacción de oxidación en la superficie del ánodo: los átomos metálicos pierden electrones, convirtiéndose en iones que entran en el electrolito. Fundamentalmente, la densidad de corriente es máxima en las crestas de la superficie, lo que provoca que la velocidad de disolución sea significativamente mayor que en los valles. Esto da como resultado una superficie nivelada y lisa. Simultáneamente, el electrolito forma una película de pasivación (por ejemplo, una capa de óxido o una película de sal viscosa) sobre la superficie de la muestra. Esta película de pasivación es más gruesa en los valles, lo que inhibe aún más la disolución y refuerza el efecto de nivelación. El resultado es un acabado liso y libre de tensiones.

Condiciones de electropulido

Fuente de alimentación: En principio, se utiliza corriente continua, aunque también se puede usar corriente alterna para materiales como el acero y el aluminio. Entre las fuentes de alimentación de CC más comunes se encuentran los rectificadores de selenio, las unidades rectificadoras con transformador y las baterías.

Celda electrolítica

El cuerpo principal del tanque suele estar construido de acero con un revestimiento interno. El material del revestimiento depende de la composición del electrolito y a menudo incluye vidrio, cerámica, plomo, esmalte, celuloide, acero inoxidable, plástico, acero o cobre. Los electrolitos que contienen ácido acético o anhídrido acético no se pueden usar en tanques de plomo. Los electrolitos de ácido fluorhídrico sí se pueden usar en tanques de plomo o plástico.

CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN

Dependiendo del tipo de metal, puede ser necesario elevar la temperatura del baño. Los calentadores suelen colocarse directamente en la solución y se emplean habitualmente sistemas de refrigeración con camisa.

Catódicos

El material del cátodo debe ser insoluble en el electrolito. Se suelen utilizar materiales de baja resistencia como plomo, cobre, aluminio, grafito y acero inoxidable. Para favorecer una disolución uniforme, los cátodos auxiliares se suelen moldear para adaptarse a la geometría de la pieza. Estos cátodos auxiliares se fabrican normalmente con plomo, un material fácilmente maleable.

Acústico

Las zonas del ánodo (pieza de trabajo) que no requieren pulido, junto con los elementos de sujeción (plantillas/soportes), deben aislarse para evitar su disolución. La resina vinílica es un material aislante común para este fin.

Enjuague

Los procedimientos de enjuague posteriores al pulido son fundamentalmente los mismos que los del pulido químico. Después del pulido, las piezas deben enjuagarse, secarse y aceitarse a fondo lo antes posible.

Electrolito

Para que el electropulido sea efectivo, debe formarse una película líquida o sólida sobre la superficie del metal, y este debe disolverse a través de dicha película a una velocidad estable, controlada por difusión. Por lo tanto, la solución de electropulido debe cumplir simultáneamente las funciones de disolver el metal y formar una película protectora. Además, debe presentar una conductividad excepcionalmente alta y un buen poder de penetración. El poder de penetración, en este contexto, se refiere a la uniformidad de la distribución de la densidad de corriente en la superficie de la pieza.

Aluminio y sus aleaciones : Se pueden utilizar electrolitos tanto ácidos como alcalinos, como los sistemas alcalinos, fluorados y de ácido fosfórico-crómico. El sistema más utilizado es la mezcla de ácido fosfórico-sulfúrico-crómico.

Acero: Los electrolitos incluyen sistemas de ácido perclórico, sistemas de ácido fosfórico-sulfúrico-crómico y sistemas de ácido fosfórico-oxálico-glicerol. Para el electropulido del acero inoxidable, la solución de ácido fosfórico-sulfúrico-crómico es la opción más común.

Cobre y sus aleaciones: Entre las soluciones de pulido conocidas se incluyen los sistemas de ácido fosfórico y los sistemas de ácido fosfórico-sulfúrico-crómico. En una solución de ácido fosfórico puro, la formación de una capa viscosa de sal de fosfato de cobre saturada y poco soluble sobre la superficie del ánodo mejora el efecto de pulido. Para mantener la integridad de esta capa viscosa, es necesario agitar a bajas temperaturas.

Proceso de electropulido

Pulido mecánico . La muestra se pule primero mecánicamente para reducir su espesor a un cierto nivel (normalmente decenas de micrómetros) como preparación para el posterior electropulido.

Selección del electrolito. Se selecciona un electrolito adecuado en función del material de la muestra. Por ejemplo, para el acero inoxidable se suele utilizar una mezcla de ácido fosfórico y ácido sulfúrico, mientras que para el aluminio se puede emplear una mezcla de ácido nítrico y metanol.

Sistema de electropulido. Se utiliza equipo especializado. La muestra se fija como ánodo, el electrolito actúa como medio conductor y el cátodo suele estar hecho de un material inerte.

Control de corriente y tiempo. Se aplica una corriente y un voltaje adecuados, y se controla el tiempo de electropulido. Tanto la densidad de corriente como el tiempo deben optimizarse en función del material de la muestra y el espesor final requerido.

Inspección de la muestra. El espesor y la calidad de la superficie de la muestra se comprueban regularmente hasta lograr el grosor y la suavidad deseados.

Consideraciones sobre el electropulido

Control de densidad de corriente

Una densidad de corriente excesivamente alta puede provocar una disolución excesiva, mientras que una densidad de corriente demasiado baja dará como resultado un efecto de pulido deficiente.

Temperatura del electrolito y tiempo de tratamiento

Para materiales propensos a la pasivación, se requiere una temperatura del electrolito más elevada, generalmente superior a 60 °C. Una temperatura más alta también amplía el rango de densidad de corriente efectiva para lograr un acabado brillante. La duración del electropulido está relacionada con la acumulación de productos anódicos en la superficie de la pieza y el tiempo necesario para que se forme una película viscosa de cierto espesor. Una vez obtenido el efecto de pulido, prolongar el tiempo de pulido es innecesario e incluso puede resultar perjudicial.

Distancia entre electrodos

En general, en los procesos electrolíticos la corriente tiende a concentrarse en los bordes de los electrodos. Por consiguiente, al procesar materiales planos y de gran tamaño, es más probable que los bordes presenten un acabado brillante que el centro. Para mitigar esta distribución no uniforme de la corriente, el área del ánodo suele ser mayor que la del cátodo, y se incrementa la distancia entre los electrodos. Sin embargo, aumentar la distancia entre los electrodos incrementa el consumo de energía. Por lo tanto, en función de factores como la resistividad del electrolito, la temperatura y la densidad de corriente, la distancia entre los electrodos se mantiene generalmente entre 10 y 60 cm.

Propiedades del electropulido

El electropulido reduce eficazmente la rugosidad superficial y es especialmente adecuado para geometrías complejas y superficies internas, mejorando a menudo el nivel de rugosidad original en 1 o 2 grados.

Tras el electropulido, se alteran diversas propiedades relacionadas con el estado superficial del metal. El proceso elimina la capa endurecida por deformación plástica, lo que reduce la dureza superficial de la pieza hasta alcanzar un valor base estable. Esta eliminación, sin embargo, puede disminuir el límite de fatiga; la magnitud de esta reducción depende de factores como las propiedades y la estructura del metal, así como el grado y el efecto del endurecimiento previo por deformación plástica.

Además, el electropulido forma una película de pasivación, una capa de óxido delgada y sin huecos, sobre la superficie pulida, lo que mejora significativamente la resistencia a la corrosión.

Acerca de Getzshape

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