¿Qué es la galvanoplastia?

La galvanoplastia es el traslado de iones metálicos que se desprenden de un ánodo a un cátodo en su forma líquida, esto se logra con la aplicación de corriente eléctrica proporcionada por un rectificador de corriente. Tiene como beneficios aumentar la resistencia y durabilidad del objeto recubierto, además de detener y evitar la corrosión y oxidación del metal, a bajos costos.

Hablando específicamente de la galvanoplastia con níquel (o niquelado) es un proceso de deposición electrolítica donde se aplica una capa delgada de níquel sobre una superficie metálica. Esta capa de níquel puede ser decorativa, proporcionar resistencia a la corrosión y al desgaste, o utilizarse para reparar piezas dañadas. 

El proceso de galvanoplastia con niquel consiste en la preparación de la superficie, esta se debe limpiar y preparar para la deposición de níquel. Una vez preparada la pieza, se debe de sumergir en un baño electrolítico, el cual consiste en una solución que contiene iones de níquel. Y finalmente se aplica una corriente eléctrica, lo que causa que los iones de níquel se depositen sobre la superficie del objeto, formando una capa de níquel. 

Aplicaciones más comunes de los procesos de galvanoplastia con niquel:

• Industria automotriz: En componentes de motores, transmisiones, sistemas de frenado, se usa para recubrir componentes como parachoques, llantas, y piezas decorativas, tubos de escape y molduras.
• Industria aeroespacial: En componentes de aviones, cohetes y satélites, ya que se utiliza para recubrir componentes que deben resistir condiciones extremas, como altas temperaturas y presión. 
• Electrónica: En conectores, placas de circuitos y otros componentes que requieren una buena conductividad eléctrica y protección. También se utiliza en la fabricación de baterías recargables, como las de níquel-cadmio (NiCd) y níquel-metal hidruro (NiMH). 
• Industria de la construcción: En tuberías, válvulas y otros componentes metálicos. 
• Industria de joyería: En la fabricación de joyas y accesorios, es un recurso popular debido a su brillo atractivo y resistencia al desgaste
• Industria química y del petróleo y gas, ingeniería en general: Válvulas, tuberías, herramientas, moldes y componentes de máquinas, esto se debe a que las herramientas niqueladas son más resistentes al desgaste. Por esto, se usan en entornos industriales difíciles. 
• Hogar y electrodomésticos: Grifos, manijas, utensilios de cocina. Pues mejoran la durabilidad de estos productos.
• Aleaciones metálicas: Esto tiene que ver en gran medida con sus características magnéticas y, por lo tanto, al integrarse con otros elementos en aleaciones diversas, resulta sumamente resistente al deterioro natural, a la corrosión y al calor. Por ejemplo, el acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones de aluminio, cobre y latón.
• Monedas y acuñación: Fabricación de las monedas
•  Fabricación de materiales quirúrgicos: Esto se debe esencialmente a su capacidad de generar acero inoxidable, el cual se utiliza para fabricar muchos de los elementos médicos y quirúrgicos que se conocen, debido a que es un material que no provoca reacciones alérgicas ni rechazo por parte del cuerpo humano.

La medición de parámetros en el proceso de galvanoplastia con níquel es fundamental para garantizar la calidad, rendimiento, adherencia y apariencia del recubrimiento metálico sobre una pieza, estos incluyen el espesor del recubrimiento, la composición química, la uniformidad, la dureza, la resistencia a la corrosión y las propiedades físicas y mecánicas. 

Los principales parámetros que se deben medir y controlar en este proceso son:

1. Parámetros eléctricos

• Densidad de corriente (A/dm² o A/in²): Afecta directamente la velocidad de deposición y la calidad del recubrimiento. Si es muy alta: el recubrimiento puede quedar rugoso o quemado, en cambio, si es muy baja: puede haber una deposición no uniforme.
• Corriente 2-10ª/dm2
• Voltaje (V): Relacionado con la densidad de corriente, normalmente suele estar en un intervalo de 2 a 6 V

 2. Parámetros del baño electrolítico

• pH del baño: normalmente se esperan valores entre 4.7 y 5.1, ya que este parámetro afecta la estructura del depósito, su dureza y brillo.
• Temperatura: usualmente se emplea entre 45 °C y 65 °C pues la temperatura influye en la velocidad de deposición, el consumo de energía y la solubilidad de las sales de níquel, es decir, temperaturas altas mejoran la uniformidad del depósito, sin embargo, aumentan el riesgo de evaporación o descomposición de aditivos.
• Concentración de sales: por ejemplo, sulfato de níquel o cloruro de níquel, estas pueden afectar la conductividad del baño y la calidad del depósito. Se miden en g/L y se controlan regularmente con análisis químicos.
• Contenido de aditivos: estos se utilizan para modificar el acabado (brillante o mate), mejorar la nivelación y prevenir defectos.

3. Parámetros del depósito

• Espesor del recubrimiento (μm): Se mide mediante instrumentos como el micrómetro, rugosímetro, o métodos no destructivos como la espectrometría por fluorescencia de rayos X (XRF). Este parámetro varía según la aplicación 
• Adherencia: Se evalúa mediante pruebas mecánicas (ensayo de corte o doblado).

Hanna Instruments ofrece equipos como el HI726, un Checker HC® para niquel intervalo alto (0.00 a 7.00 g/L), el cual cuenta con un diseño pequeño y portátil para llevarlo a cualquier parte. Este colorímetro de mano proporciona una manera simple, exacta y rentable de medir níquel.
La operación del equipo es simple ya que un solo botón facilita el uso de nuestro colorímetro.
Garantiza resultados uniformes en todas las muestras con el temporizador de reacción integrado.

Este equipo está recomendado para la fabricación de acero, las industrias de galvanoplastia y la producción de productos electrónicos.

Especificaciones del HI726

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La galvanoplastia se ha realizado por siglos y actualmente es aún más usada en la industria para varios propósitos. Dependiendo de la aplicación, las superficies se pueden galvanizar por propósitos decorativos, para proteger la superficie de la corrosión o para mejorar su función.

Con el objetivo de crear productos con muy poco metal, los fabricantes usan técnicas de galvanizado para cubrir materiales baratos con una capa delgada de metal. Esta técnica reduce drásticamente los costos de producción, especialmente cuando los materiales requeridos son metales preciosos como el oro o el paladio.

Dependiendo de la función que desempeñará, del tipo de metal, el sustrato de galvanizado y de muchos otros factores, las industrias de galvanoplastia pueden emplear diferentes procesos de deposición química y electroquímica para cubrir con metal las superficies. Muchos de estos procesos involucran baños de galvanizado que son soluciones que contienen una fuente de iones del metal que se aplicará, y otros compuestos como estabilizadores. Para asegurarse de la efectividad de una solución de galvanizado, es importante medir la concentración del metal.

Existen muchos métodos para analizar metales específicos en las soluciones de galvanizado, entre ellas están la absorción atómica y las técnicas espectroscópicas selectivas que pueden medir un amplio intervalo de concentraciones, sin embargo estos métodos requieren equipos caros. Existen métodos gravimétricos en los que el metal se precipita de la solución y se pesa. Para muchos de estos métodos, los procedimientos son muy demandantes, requieren calentamientos y filtrados, uso de compuestos químicos adicionales y equipo externo que puede ser costoso, limitante de espacio y requerir mucho tiempo.

Un método alternativo para el análisis de metales en baños de galvanizado es la titulación. Las titulaciones brindan una exactitud comparable con los métodos gravimétricos y son más convenientes en cuanto a costos que la absorción atómica o la espectroscopía.

Aplicación

Muchos metales como el cobre, el níquel y el zinc reaccionan con EDTA y pueden determinarse mediante una titulación complejométrica; el oro y el paladio reaccionan con yoduro formando sales de yoduro metálicas. El método de titulación por yoduro puede utilizarse en baños que contienen estos dos metales realizando la titulación dos veces, con y sin la adición de ácido cítrico. El ácido cítrico actúa enmascarando al paladio para aislar a los iones de oro mientras que la concentración del paladio se puede calcular por una diferencia en el volumen entre las dos titulaciones. Se recomienda el sistema de titulación automática HI931 para realizar esta titulación junto con el electrodo de ion selectivo combinado para yoduro HI4111.

Con este sistema es muy fácil realizar la titulación, bridando resultados exactos gracias a la bureta que tiene una exactitud de dosificación de 0.1%. Además es de bajo costo, ya que el método puede personalizarse para medir un amplio intervalo de concentraciones de oro y paladio.

A continuación, se muestra una tabla con las especificaciones del titulador automático HI931.

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El proceso de acabado superficial de los materiales tiene como finalidad obtener una superficie con características adecuadas para una aplicación en particular del producto. Existen diferentes tipos de acabado superficial y diferentes razones para realizarlos, ya sea con un propósito decorativo, de protección o funcional. Un ejemplo de esto es la galvanoplastia, esta técnica consiste en la deposición de metales sobre la superficie mediante electricidad, también conocida como electrodeposición. Es un proceso de bajo costo que aumenta la resistencia y durabilidad de los materiales, ofreciendo resistencia a la corrosión y a la oxidación. Los usos de la galvanoplastia son variados: se aplica en la industria automotriz y hospitalaria, en la electrónica, electrodomésticos y joyería, entre otros.

La medición de pH en el proceso de galvanoplastia es muy importante ya que puede afectar tanto el acabado final como a la cantidad de metal depositado. Controlar el pH garantiza que los aditivos y productos químicos funcionen correctamente para proporcionar un recubrimiento uniforme.

Aplicación

En algunas técnicas de galvanizado se utilizan procesos de deposición de zinc en medio ácido. A medida que el zinc se deposita, el pH aumenta. Para mantener un valor de pH óptimo, se agrega ácido al proceso. Hanna cuenta con el medidor BL7916 el cual es ideal si se requiere tener el control del pH en un punto fijo.

El BL7916 es un controlador proporcional con bomba dosificadora integrada. Si la lectura se encuentra muy cercana al punto de ajuste, la bomba dosificadora opera más lento, lo cual evita la sobredosificación. El control proporcional en la dosificación permite que la lectura se mantenga constante y muy cerca del punto de ajuste. La bomba dosificadora está fabricada con materiales químicamente resistentes incluyendo el PVDF, PTFE y FPM/KFM. Todos estos materiales ofrecen una excelente compatibilidad con el ácido sulfúrico y su concentración para esta aplicación.

Este equipo es muy fácil de operar con los ajustes manuales para la calibración y selección del punto de ajuste.

El BL7916 incluye un contacto auxiliar que permite al usuario conectar otra bomba o mezclador el cual se activa solamente cuando el equipo está dosificando. Además incorpora un sistema de alarma que alertará al usuario si la reacción no se está llevando a cabo dentro de ciertas pautas. Esta alarma se activa cuando hay una diferencia de 2 unidades en el valor de pH fijado.

A continuación, se muestra la tabla con las especificaciones del equipo.

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