Conozca en detalle el Sistema Dúplex – Acero galvanizado por inmersión en caliente y pintado. Considerada una de las tecnologías más eficientes para aumentar la vida útil del acero carbono en ambientes altamente corrosivos, ya sea por la presencia de cloruros y humedad (como ambientes marinos) o por agentes químicos, presentes en distritos industriales. Descubra también por qué la pintura no compite con el acero galvanizado, solo lo complementa.
Resumen
El Sistema Dúplex – Acero Galvanizado por Inmersión en Caliente y Pintado, tiene el propósito de ofrecer un alto desempeño en la protección del acero contra la corrosión, aumentando la vida útil del acero y reduciendo los costos de mantenimiento para el usuario final en ambientes de alta corrosividad. La preparación de la superficie galvanizada en caliente y el sistema de pintura adecuado son esenciales para lograr el rendimiento esperado, así como el uso de los lineamientos y estándares presentados en este artículo.
Autor: Ing. Ricardo Suplicy Goes – Gerente Ejecutivo de ICZ – Instituto de Metales No Ferrosos
El galvanizado por inmersión en caliente, también conocido como galvanizado en caliente, ya ofrece por sí mismo, una gran protección contra la corrosión porque tiene una doble protección:
- Protección de barrera
En la protección de barrera, el recubrimiento con zinc aísla todas las superficies internas y externas del contacto con agentes oxidantes presentes en el medio ambiente. Esto ocurre debido a la penetración del zinc en la red cristalina del metal base, lo que resulta en una difusión intermetálica, es decir, en la formación de aleaciones de Fe-Zn en la superficie de contacto.
- Protección catódica
Además de la protección mecánica (barrera), la principal razón para utilizar zinc en el proceso es la protección catódica que produce en la pieza. El zinc es utilizado porque tiene un potencial de reducción menor que el hierro, es decir, se oxidará preferentemente antes que el hierro, dando lugar a una protección catódica: el zinc se ‘sacrifica’ para proteger el hierro. Este proceso aumenta la protección en casos donde el revestimiento sufra daños que provoquen cavidades (rayones) en la capa de zinc. Al ser adherentes e insolubles, las sales de zinc, formadas en la corrosión del zinc, se depositan sobre la superficie expuesta del acero, aislándolo nuevamente del medio ambiente. Este proceso es similar a una cicatrización (Figura 01).
Subtítulo: Sistema dúplex – Acero Galvanizado y pintado
La pintura de acero galvanizado en caliente, denominada Sistema Dúplex, es el resultado de dos necesidades:
- Colores para estética, identificación o señalización;
- Máxima durabilidad en ambientes agresivos – tales como ambientes C3, C4 y C5 (según la norma ABNT NBR 14643: 2001 – Corrosión atmosférica – Clasificación de corrosividad de atmósferas) en ambientes con pH por debajo de 6 y pH por encima de 12.
Debido a las propiedades de doble protección (barrera y catódica), la pintura sobre la superficie galvanizada en caliente presenta un alto rendimiento. Como ejemplo de protección catódica, si una pieza galvanizada pintada fuera dañada, como una grieta en la pintura, es decir, por una rayadura llegando al sustrato de acero, el zinc se depositará nuevamente sobre el acero, manteniéndolo protegido como se ilustra. en la Figura 02.
Para obtener un alto rendimiento, es importante utilizar una pintura base epoxi-isocianato con acabado de poliuretano acrílico alifático. En este caso, cabe destacar no utilizar pintura alquídica debido a su baja resistencia a la alta humedad, inmersión en agua, medios alcalinos, productos químicos y disolventes fuertes, ya que la pintura puede desprenderse por su saponificabilidad.
Cabe destacar que la pintura alquídica es definida como similar a la pintura al óleo y acrílica. El medio alquídico se elabora a partir de aceites vegetales naturales, ciertamente de soja, polimerizados a través de la aplicación de alcohol y ácido. El resultado de esa mezcla es una resina que se mezclada con un solvente adecuado adquiere la consistencia del aceite de linaza tradicional, pero que, si bien puede ser manipulado por aproximadamente cuatro horas, alcanza el secado completo a las 24 horas de la aplicación. Debido a su preparación diferente, el resultado cromático de la pintura alquídica es diferente al que se logra con el óleo y el acrílico.
La máxima durabilidad, dependiendo de la agresividad del medio o región en la que se encuentren las piezas, es el resultado de un aumento de la vida útil del acero, entre 1,5 a 2,5 veces con relación a la pieza protegida únicamente con pintura. Esta característica resulta de la sinergia entre el zinc y la pintura. El sinergismo es la acción de cooperación de dos o más sustancias, de manera que el efecto resultante es mayor que la suma de sus efectos individuales, generando un coeficiente, K, de duplicación,
La durabilidad del Sistema Dúplex está determinada por la siguiente fórmula:
DSD = K (DG + DP), donde:
DSD: Durabilidad del sistema dúplex;
K: Coeficiente de sinergia (depende del ambiente y del sistema de pintura);
DG: Durabilidad del galvanizado en caliente (determinada por el espesor del zinc);
DP: Durabilidad de la pintura (determinada por la resistencia interna de la película de la pintura y la adherencia al sustrato).
El coeficiente K – factores sinérgicos – Tiene los siguientes valores, dependiendo del entorno:
| AMBIENTE | FACTOR |
| Ambiente de baja agresividad | 2,0 a 2,7 |
| Industrial y marino | 1,8 a 2,0 |
| Agua de mar (sumergida) | 1,5 a 1,6 |
Como ejemplo, utilizaremos un entorno de baja agresividad, como la categoría C2 – rural (según la norma ABNT NBR 14643: 2001 – Corrosión atmosférica – Clasificación de corrosividad de atmósferas).
Si la vida útil estimada de un acero galvanizado en caliente es de 45 años y la de un acero pintado de 10 años, la vida útil estimada del acero galvanizado pintado no será la simple suma de las dos vidas útiles, es decir, 55 años. Por el coeficiente K, la vida útil del Sistema Dúplex (acero galvanizado pintado) será de 110 años (DSD = 2.0 x (45DG + 10DP) = 110).
Subtítulo: Preparación de la superficie de acero galvanizado en caliente a ser pintada
Como ocurre con todos los tratamientos de protección de estructuras de acero, es extremadamente importante que la preparación de la superficie del material sea realizada correctamente.
Las razones de la necesidad de una preparación eficiente de la superficie del acero, en muchos casos, son bastante simples. Cuando la pieza de acero es retirada de la tina de galvanizado, tiene una superficie limpia, brillante y reluciente. Con el tiempo, se va tornando gris opaco debido a la reacción del zinc con el oxígeno, el agua y el dióxido de carbono contenidos en la atmósfera, para formar una capa compleja, pero estable, rígida y protectora, que permanece totalmente adherida. al zinc.
La oxidación demora en desarrollarse si el tiempo exacto depende del clima al que está expuesto este material. Normalmente, el tiempo puede variar entre seis meses y dos años o más. Durante la transición de la capa exterior de zinc hasta su apariencia final, se forman óxidos y carbonatos que no se adhieren bien a la superficie. Como la mayoría de los recubrimientos dúplex se aplican mientras el galvanizado se encuentra en esa fase, la capa de la superficie debe ser modificada a través de medios químicos o mecánicos para recibir la pintura.
Los recubrimientos pueden ser aplicados directamente sobre la superficie recién galvanizada o sobre la superficie que ya ha sido galvanizada hace algún tiempo, pero en este caso los resultados no siempre son consistentes y no se recomienda tomar ese riesgo.
Subtítulo: Pasivación
Para obtener una mejor adherencia de la pintura sobre la superficie del acero galvanizado, se recomienda no pasivar la pieza durante el proceso de galvanización. La pasivación, última etapa del proceso de galvanizado, es una solución de cromatización que tiene la función de proteger temporalmente la capa de zinc, evitando la oxidación blanca por un período de tiempo posterior al galvanizado.
En Brasil, sin embargo, podemos encontrar galvanizadores que recomiendan pasivar las piezas incluso si serán pintadas posteriormente. Esta consideración estará en función al tiempo en que la pieza sea pintada después de haber sido galvanizada y del lugar de almacenamiento. En este caso, recomendamos que antes de pintar, se remueva la capa de bicromato, formada en la pasivación con un disolvente o una esponja (tipo Scotch-Brite o similar), garantizando así una buena adherencia de la pintura a la superficie galvanizada.
Se recomienda pintar la pieza inmediatamente después del galvanizado en caliente, antes de que el zinc inicie el proceso natural de corrosión, asegurando así una mejor adherencia de la pintura.
Cuando los requisitos estéticos para un sistema dúplex sean especialmente altos, puede ser necesario un acabado en la superficie del acero galvanizado, ya que pequeñas irregularidades en las superficies pueden ser aún más visibles después de la aplicación de un revestimiento orgánico. Esto se da especialmente en los sistemas de recubrimiento en polvo. Se debe tener cuidado en el acabado de un recubrimiento galvanizado, porque el revestimiento de zinc puede dañarse con un pulido intenso o excesivo.
Subtítulo: Directrices: pretratamiento para pintura
Las directrices para el pretratamiento de superficies fueron preparadas como resultado de un estudio realizado por un centro de investigación independiente y un importante fabricante de pintura sobre el desempeño de los sistemas de pretratamiento y pintura comercialmente disponibles. Los parámetros que afectan su desempeño en acero galvanizado fueron determinados después de muchos años de experiencia con recubrimientos dúplex.
Aunque el pretratamiento en materiales galvanizados es mejor si es realizado inmediatamente después de la galvanización, antes de que la superficie se contamine de alguna manera, esto no siempre ocurre en la práctica.
El pretratamiento se puede realizar posteriormente, pero es vital que la superficie esté bien limpia, eliminando toda posible contaminación, como aceite, grasa y suciedad. La operación de limpieza no debe dejar residuos sobre la superficie limpia y cualquier mancha de humedad, por el almacenamiento, debe ser removido con un cepillo. Lavar con agua ayudará a eliminar las sales solubles.
Existen tres métodos reconocidos de pretratamiento de superficies que producen un sustrato confiable para el revestimiento de pintura, que son el fosfatado, el granallado abrasivo y el envejecimiento, que se describen a continuación.
- Fosfatado
El fosfatado aún es considerado el mejor método de pretratamiento para pintar el acero galvanizado. Se utiliza una solución de fosfato de zinc que contiene una pequeña cantidad de sales de cobre. Cuando se aplica, el resultado es una coloración negra o gris oscura en la superficie del zinc. Esta solución no debe acumularse en superficies horizontales, ya que esto puede evitar la máxima adherencia de la pintura.
Cualquier exceso debe eliminarse con agua. El fosfatado es lo más adecuado para aplicarse en una galvanización nueva y no debe ser usado en galvanizaciones que ya han tenido un tiempo. La solución debe tener el tiempo suficiente para que se seque por completo antes de que se aplique la primera capa de pintura.
Si bien las investigaciones han demostrado que las superficies fosfatadas pueden permanecer sin pintar hasta 30 días y aun así habrá una buena adherencia de la pintura, es aconsejable minimizar el tiempo entre el pretratamiento y la aplicación de la pintura. Cualquier sal blanca formada por la exposición de la superficie con la solución o humedad debe eliminarse con un cepillo antes de pintar. Si hay contaminación en esta superficie, se debe limpiar de acuerdo con las recomendaciones de los fabricantes.
- Limpieza abrasiva
Un método de pretratamiento mecánico es el chorreado abrasivo utilizando escoria fina de cobre o polvo de carborundo con una presión máxima de 40 psi (2,7 bar). Esto asegurará que solo se elimine una cantidad mínima de óxido y que la superficie de zinc permanezca ligeramente rugosa. Se debe tener el mayor cuidado al realizar el granallado en materiales con una capa de zinc muy gruesa, para evitar daños en el galvanizado.
Para obtener los mejores resultados, se debe identificar la distancia entre la boquilla de chorro, la pieza a trabajar y el ángulo utilizado en el granallado para cada superficie del material galvanizado. Este método se suele utilizar para complementar la etapa de preparación química.
En el mercado, se utiliza la limpieza con chorro de barrido, (sweep blast) con una variación de ángulo entre 30 ° y 60 ° grados.
- Envejecimiento
Este proceso sólo se vuelve completamente efectivo después de la exposición del material galvanizado a la atmósfera por un período mínimo de seis meses. La superficie es preparada utilizándose esponjas abrasivas o un cepillo duro para eliminar todos los materiales y asegurarse de que la superficie brillante del zinc no sea restaurada. Este procedimiento, es seguido por un lavado caliente con detergente y enjuague con agua limpia. La superficie debe estar completamente seca antes de aplicar la pintura. El envejecimiento no debe usarse como método de preparación de superficies en ambientes marinos con altos niveles de cloro.
- Subtítulo: Directrices: pintura
Todos los sistemas de pintura utilizados deben ser específicamente formulados para su uso en acero galvanizado y aplicarse de acuerdo a las recomendaciones del fabricante de la pintura.
La elección del sistema de pintura dependerá de la aplicación y del ambiente donde se fijará el material. Con la disminución del uso de pinturas de látex a base de aceite y alquídicas (no recomendadas como ya se mencionó), los productos acrílicos con base de epoxi de alta densidad o polivinilo son cada vez más utilizadas, siendo el epoxi reforzado una opción para ambientes más severos. En múltiples sistemas de recubrimientos, se ha demostrado que el uso de una base de óxido de hierro micáceo (MIO) ofrece una mejor adherencia.
El poliuretano de dos componentes y los uretanos acrílicos se utilizan comúnmente como revestimiento de alta calidad y ofrecen buena durabilidad y mantenimiento del color. Las alternativas incluyen epoxis acrílicos y polisiloxanos, estos últimos ofrecen una mayor resistencia a la abrasión, además de una buena retención de color y brillo. Actualmente, los epóxicos de alta densidad son ampliamente utilizados, aunque productos a base de agua, incluiyendo los poliuretanos están siendo especificados. Son menos tolerantes a los malos pretratamientos, pero su uso puede aumentar a medida que el control del uso de disolventes se vuelva cada vez más estricto.
- Subtítulo: Recubrimiento en polvo
El uso de recubrimiento en polvo está creciendo rápidamente como método para agregar color a las superficies metálicas. Al igual que el galvanizado, se lleva a cabo bajo condiciones cuidadosamente controladas en las fábricas. Por esta razón, el tamaño máximo del material de acero a ser recubrierto con polvo será limitado. Sin embargo, estos recubrimientos pueden ser aplicados con éxito en superficies galvanizadas por inmersión en caliente.
Las características térmicas del acero galvanizado son casi idénticas a las del acero no galvanizado para fines de recubrimiento en polvo y existen muchos ejemplos de esto. Sin embargo, el pretratamiento de la superficie galvanizada dependerá de los distintos tipos de polvo que se puedan utilizar, como poliéster, epoxi o híbrido. Esto generalmente incluye una forma de pretratamiento químico como cromatización o fosfatación, tratamiento térmico suave, seguido de la aplicación del polvo.
La aplicación exitosa de un recubrimiento en polvo sobre cualquier superficie metálica exige que se respeten en cada detalle las instrucciones proporcionadas por el fabricante del polvo. Por ello, lo ideal es que el trabajo sea realizado por un aplicador experimentado. Al igual que con la pintura líquida, existe una amplia gama de colores
Es muy importante que el galvanizador sea informado de que el material será posteriormente pintado con pintura en polvo y que el tratamiento post-galvanizado debe ser realizado de acuerdo al tipo de revestimiento elegido. Un número limitado de productos de aplicación directa, está disponible para su uso en acero galvanizado. Si hay un trabajo de preparación adecuado en el galvanizado, el uso de pintura de aplicación directa no requiere ningún pretratamiento químico o mecánico adicional. Se sabe que estos productos se utilizan en varias aplicaciones.
Normas de pintura sobre una superficie galvanizada – Sistema Dúplex
- ABNT NBR 15158: 2016 – Limpieza de superficies de acero con productos químicos;
- ABNT NBR 15239: 2005 – Tratamiento de superficies de acero con herramientas manuales y mecánicas;
- ABNT NBR NM ISO 7347: 2000 – Ferroaleaciones – Métodos experimentales para comprobar los errores sistemáticos de muestreo y preparación de muestras;
- ABNT NBR 9209: 2016 – Preparación de superficies para pintar – Proceso de fosfatado – Procedimiento (para acero carbono y acero galvanizado);
- ABNT NBR 16733: 2019 – Esquemas de pintura para superficies de acero galvanizado – Protección anticorrosiva – Requisitos;
- PETROBRAS N – 1021 F – Pintura de Acero Galvanizado, Acero Inoxidable, Hierro Fundido, Aleaciones no ferrosas, Materiales Compuestos Poliméricos y Termoplásticos;
- ISO 12944-2: 2017 Pinturas y barnices. Protección contra la corrosión de estructuras de acero mediante sistemas protector de pintura. Parte 2: Clasificación de ambiente;
- ISO 12944-5: 2018 Pinturas y barnices. Protección contra la corrosión de estructuras de acero mediante sistemas protector de pintura. Parte 5: Sistemas protector de pintura;
- Norma de Galvanizado por Inmersión en Caliente;
- ABNT NBR 6323: 2016 – Galvanizado por Inmersión em Caliente de Productos de Acero y Hierro Fundido – Especificació
Fuente: Guía de galvanizado en caliente ICZ; Manual de especificaciones del revestimiento por inmersión en caliente ICZ; e investigación de autores.