Noticiencias

Peculiaridades técnicas del método coulombiométrico en las mediciones de capa pasivación del material Hojalata

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Mujalli Gisela , Castillo Jennifer
Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz, Venezuela
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En la estructura típica de una Hoja Estañada se pueden identificar cinco capas: Acero base, Intermetálico o Capa aleada, Estaño libre, Capa de pasivación o Pasivado y Capa de Lubricante [1] como se ilustra en la Figura 1a.


Para la determinación de la capa de pasivación en el material hojalata en procesos industriales, se utiliza el método de disolución anódica en una celda electrolítica a corriente constante también llamado método Coulombiométrico, con una solución de di-hidrógeno-fosfato de sodio di-hidratado (NaH2PO4 * 2H2O) al 10%, con un equipo determinador STANNOMETAL, avalado por las normas ASTM, Euro norma, ISO y BSI[1].

La estructura de la capa pasiva en el momento de su fabricación, está bajo la especie óxido de cromo trivalente, Cr2O3. Si parte de esta estructura cambia en el tiempo por efecto de la interacción con el ambiente, la nueva especie formada tendría condiciones de corriente de disolución diferentes a las definidas en el método Coulombiométric influyendo en las medidas mg/m² de Cr respecto al valor de fabricación.

El método coulombiométrico mide el cambio del estado de oxidación del cromo inicial, como metálico o cromo con valencia +3, a su estado de oxidación final, con valencia +6. Si la especie de cromo se encuentra en su estado máximo de oxidación +6, no se mide por este método. Las reacciones electroquímicas de cada especie obedecen a una condición de corriente y potencial de oxidación específico, por lo que este método aplicado a corriente constante, es sensible al cambio de potencial, y su punto final de valoración es dado por el tiempo en que ocurre el cambio de corriente[3]. La corriente aplicada para disolver el óxido de cromo de la capa pasiva del material de Hojalata disuelve una especie de cromo, identificada como óxido de cromo trivalente Cr2O3, cuya estructura [2] se representa en la Figura 1b.

La Figura 1 muestra imágenes representativas del método coulombiométrico aplicado en la práctica indutrial para (c) las diferentes corrientes de aplicación para la determinación del óxido de cromo en la capa pasiva del material Hojalata y (d) la determinación de cromo metálico en la Hoja Cromada.

Recientes estudios del Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales, SIDOR, demuestra que la estructura de la capa pasiva va cambiando con el tiempo relacionándose con la interacción en el tiempo con el ambiente, adquiriendo una forma más estable. Al interactuar la Hoja Estañada con la humedad del ambiente favorece la formación de macromoléculas unidas por puentes de hidrógeno, como lo ilustra la Figura 1e, para el hidróxido de cromo trivalente. Mientras que para la Hoja Cromada, óxidos de cromo hexavalente, la interacción con la humedad del ambiente se atribuye a la formación de macromoléculas [4] representadas bajo la forma que ilustra la Figura 1f.

Las especies de óxido de cromo hidratadas y macromoléculas de óxido de cromo no se disuelven a la corriente fija establecida en el procedimiento para la determinación de óxido de cromo trivalente bajo la forma de Cr2O3, a través del método coulombiométrico, todos estas peculiaridades señaladas en la presente nota deben ser consideradas para efecto de evaluaciones comparativas de la hojalata a distintos tiempos de fabricación.




Figura 1. Estructuras de la Capa de Pasivación y su medición por método coulombiometrico

Referencias:
1. M. Barrera, G Mujalli. Evaluación del comportamiento de la capa de pasivación y el recubrimiento de aceite en material hojalata y su tiempo de permanencia. IM-8B-17. IIMM, Sidor, marzo, 2017.
2. Chromium oxide. Libro del Web de Química del NIST, SRD 69. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi/InChI%3D1S/2Cr.3O
3. D. Chiodi, A. Montanari, V. Kiroplastis, F. Peñalba. Influence of surface characteristics of tinplate for food cans on adhesion properties of coating. Technical Steel Research. Surface characteristics European Commission 2003. Appendix 2: Method for the determination of total chromium amount on passivation films.
4. B. M. Weckhuysen, I E. Wachs, R. A. Schoonheydt. Surface Chemistry and Spectroscopy of Chromium in Inorganic Oxides. Chem. Rev. 1996, 96, 3327−3349

Evolución Microestructural de Cascarilla en Bobinas LAF sin Decapar

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El proceso de laminación en caliente (LAC) a las temperaturas de operación en rangos 1250-740 °C se forma en la superficie del planchón óxidos de hierro  que deben ser removidos por medios mecánicos o químicos previo a los procesos subsiguientes de laminación en frío (LAF). Sin embargo con miras a explorar el comportamiento  de la cascarilla  en procesos de LAF se sometieron  Bobina LAC, sin remoción de la cascarilla, a la ruta Skin Pass (SKP),  LAF, Recocido (RC) y Temple (TM), estudiándose su evolución microestructural a lo largo de estos procesos.

Mediante las técnicas de microscopia óptica y electrónica de barrido fue posible determinar a partir de observaciones de las secciones planas y transversales, que en la condición inicial  la cascarilla de Bobina LAC luce compacta y homogénea con espesores de tamaños micrométricos, como ilustra las figuras 1A y 1B  y  que luego del proceso de SKP la cascarilla se mantiene adherida con múltiples  agrietamiento distribuidos homogéneamente como ilustra las figuras 1C y 1D. Aspecto que puede ser favorable para su posterior desprendimiento en  procesos subsiguientes de conformados.

En el proceso de Laminación en Frío, resulta en una cascarilla en forma granulada y de polvillo fino, adherida a la superficie del metal base, con escasos desprendimientos parciales  como se puede observar  en las figuras 2A y 2B. Por su parte  la bobina luego del proceso de recocido evidencia zonas localizadas con glóbulos de Fe metálico sinterizados producto de la reducción parcial de la cascarilla de oxido de hierro de la lamina durante el proceso de RC y regiones que mantienen la cascarilla granulada de espesor micrométrico como la de la etapa de LAF y luego del TM 3 se mantiene sin experimentar cambios.

En general la cascarilla se mantiene adherida al metal base de la Bobina LAF sin decapar, después de los diferentes procesamientos,  alcanzando menores espesor y cambios en cuanto a su morfología,  y forma de adherencia al metal base que  no afecta los atributos del acero laminado en frío para aplicaciones de pocas exigencias en la calidad superficial y pudiendo ser favorable para aplicaciones de recubrimientos previo acondicionado de superficie tal como esmaltado.
 

 
Figura 1: A) Sección plana B) Sección transversal de la cascarilla de la bobina LAC, C) Sección plana D) Sección transversal de la cascarilla de Bobina LAC con SKP

 
Figura 2:A) Sección Plana B) Sección Transversal de Bobina LAF

 
Figura 3: A) Sección Plana B) Sección transversal de Bobina LAF Recocida, C) Sección Plana D) Sección Transversal de Bobina de Temple

Ervis Díaz. N., Gloria Basanta.,  Yngrid Zaragoza., Lis Jiménez. /Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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Uso de la hojalata en la industria del envase

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Maritza Barrera, Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz, Venezuela
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El envase o empaque ha sido a través del tiempo el elemento básico para llegar con un producto en buenas condiciones a un mercado determinado, y sin cuya protección el producto sufriría deterioro hasta llegar a la inutilización total para  su uso. Esto ha generado una diversidad de industrias que tienen un  aporte significativo en el  desarrollo del sistema del mercado, el transporte y la publicidad a nivel mundial. La selección de los materiales correctos para el empacado es muy importante y va a depender del producto a envasar, tiempo en los anaqueles, apariencia, mercado y costos. Los principales materiales usados en la fabricación de envases son madera, vidrio, metales,  papel y cartón, plásticos y materiales complejos.

Entre los metales destaca la hojalata que  es un producto laminado, de material heterogéneo de estructura estratificada conocida como Electrolytic Tinplate (TP), cuya base está constituida por una lámina de acero que representa aproximadamente el 99% del total del producto. La hojalata está recubierta por ambas caras con una capa de estaño y es utilizada en la fabricación de envases y partes para envases.

Una característica del estaño es que se adhiere firmemente al metal base (el acero), lo que permite que la hojalata pueda ser prensada, estampada, troquelada (operación de corte) y doblada según las formas complejas que se necesita obtener, sin que se desprenda la capa de estaño, lo que permite  fabricar envases de dos piezas (cuerpo y tapa) o de tres piezas (cuerpo, tapa y fondo) soldados eléctricamente, que se utilizan para el envase de productos como atún, sardina, palmitos, espárragos, pimientos, jugos concentrados, rodajas de frutas en almíbar, salchichas, jamonadas, café, leche, polvos nutricionales, etc., productos químicos, pinturas y barnices, aerosoles, entre otros.

 Figura 1. Diferentes tipos de envases que pueden fabricarse con la hojalata

Entre las ventajas competitivas del uso de la hojalata en la fabricación de envases resaltan:
−    Fácilmente reciclable por ser su base el hierro y por sus propiedades magnéticas que contribuyen a su separación de otros materiales.
−    Sus componentes lo hacen apto para el uso de alimentos de todo tipo, asegurando su conservación y la prolongada duración de los mismos.
−    La seguridad del producto se encuentra asegurada durante el transporte y manipulación del mismo, ya que el acero para envases es invulnerable frente a condiciones de transporte exigentes, a la vez de resistente hermético y opaco a la luz.
−    Apto para el envasado de productos industriales (pinturas, aceites, etc.) productos de higiene y limpieza (ceras, artesanales) y aerosoles para uso en el hogar y personales (desodorantes, insecticidas).
−    La automatización del proceso de fabricación de envases, hoy a muy alta velocidad permite costos competitivos de fabricación.
−    El acero para envase es un material interesante para el marketing, diseños, marca y diferenciación de productos.
−    Las latas de acero agregan valor y presentación de calidad en el producto, logrando una extraordinaria apariencia a través de impresiones y gravados en relieve.

Las tendencias que dominarán el sector de envasado alimentario de cara a 2018 apuntan a que el envasado va a tener un papel fundamental para la reducción del desperdicio alimentario y las marcas van a tener que rediseñar sus envases con el objetivo de adaptarse al comercio electrónico de producto. Otro aspecto, que se destaca en el estudio, es la adecuación y reducción del material utilizado para envasar, algo que será muy aceptado y recompensado por los consumidores. Estos retos están siendo enfrentados con éxitos por los productores de hojalata principalmente con reducción de peso y espesor, así como la bondad de reciclado que lo hace un material amigable con el ambiente, todo esto ha permitido que la hojalata mantenga ventajas competitivas en la fabricación de envases industriales, aerosoles y alimentos.


Referencias:
1.    Guía de Envases y Embalajes, 2da Edición, 2013, www.mincetur
2.    http://www.packaging.enfasis.com/notas/79563-cinco-tendencias-que-protagonizaran-el-packaging-2018-

Metalurgia física de los aceros para uso en transformadores de distribución de alta potencia

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Contenido: En la actualidad, el material mas empleado en la fabricación de transformadores de distribución de alta potencia, es el acero al silicio con contenidos entre 2 a 4,5% y bajos contenido de carbono (0,003-0,005%). Esto se debe a que la presencia de Silicio aumenta la resistividad eléctrica disminuyendo las pérdidas por corrientes parásitas (Corrientes de Eddy), lo que mejora la eficiencia de los equipos (1,2). El efecto del Silicio en las propiedades magnéticas del acero se basa en que el silicio estabiliza la ferrita modificando el diagrama de fase de tal manera que el sistema Fe-Si exhibe un lazo de austenita más reducido (2). La temperatura de la transformación α → γ es elevada y el de la transformación γ → δ es disminuida hasta que los dos se reúnen en cerca del 2.5% Si, formando un lazo cerrado de gama. Como resultado, una aleación que contiene aproximadamente más del 2-2.5% Si, es cúbica centrada en el cuerpo en todas las temperaturas hasta el punto de fusión, por lo cual puede recristalizar en cualquier temperatura sin cambio de fase (3,4). En el caso de los aceros para fabricación de transformadores de alta potencia presenta una textura llamada de Göss (GOES) donde los cristales están orientados de forma tal que la dirección de fácil magnetización [001] sea paralela a la dirección de laminación y el plano (110) paralelo al plano de la placa. El proceso de fabricación de los aceros eléctricos de Grano orientado se basa en la proceso de laminación en caliente, seguido de etapa de decapado, laminación en frío, recocido de descarburación, recocido a alta temperatura y un pase por un laminar tipo temple (deformación superficial). En general, el aumento de porcentaje de Silico disminuye la ductilidad, por lo que el uso de aceros GOES con contenidos de silicio mayores a 3.2 % no son usados ya que derivan en aleaciónes frágiles, de tal manera que es difícil de laminar. Por lo cual la microestructura final está caracterizada por una estructura recristalizada de ferrita con granos milimétricos . Este tamaño de grano milimétrico se obtiene en la etapa del recocido a altas temperaturas (temperaturas superiores 1200 °C) que busca el desarrollo de la textura Göss.

 

 

 


Figura 1. Transformadores de Alta potencia y acero al Si para fabricación de los núcleos.
Fuente: www.weg.net/ www.grandhunt.com/

 

Figura 2. Fotomicrografía de las muestra de acero eléctrico. Se observan granos recristalizados de ferrita de tamaños milimétricos. Fuente: Jiménez, Lis. IM-25B-16 Metalurgia en reversa de Aceros Eléctrico para fabricación de transformadores. IIMM. Sidor

 

Referencias:
1. Oldani C,R. et all. Modificación de las características microestructurales de los aceros eléctricos GNO despues de una deformación plástica. Jornadas SAM/CONAMET/Simposio de Materiales. 2003.
2. Jimenez, Lis. IM-25B-16 Metalurgia en reversa de Aceros Eléctrico para fabricación de transformadores. IIMM. Sidor
3. Liu Hai-Tao et all. Evolution of microstructure, texture and inhibitor along the processing route for grain-oriented electrical steel using strip casting. Materiales Characterization 106. 2015. pp 273-282
4. Frommert et all. Texture measurement of grain-oriented electrical steels alter secondary recrystallization. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 320 (2008) e657–e660





Método de Tamizado Mecánico en Húmedo para la Determinación del Tamaño de Partícula

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Barrios Willian, Gerencia Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz, Venezuela, e-mail: Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla..

 

Comúnmente en las industrias se requiere separar  un material heterogéneo para conocer bien sea el tamaño de partícula que lo compone o su distribución granulométrica. Esto se consigue mediante métodos de separación mecánicos y las técnicas se basan en diferencias físicas entre las partículas, tales como el tamaño, la forma o la densidad.

Estos métodos se aplican para separar líquidos de líquidos, sólidos de gases, líquidos de gases, sólidos de sólidos y sólidos de líquidos. Existen procesos especiales que se basan en las diferencias entre la facilidad de mojado o en las propiedades eléctricas, o magnéticas de las sustancias.

Los métodos que nos ocupan son los de separar sólidos de sólidos y sólidos de líquidos , por lo que tenemos que el método más antiguo y mejor conocido en la industria es la determinación del tamaño de partícula por análisis de tamizado, donde la distribución del tamaño de partícula se define a través de la masa o volumen. El análisis mediante tamices se usa para dividir el material particulado en fracciones de tamaño para luego determinar el peso de estas fracciones. De esta forma, se puede analizar un espectro de tamaño de partícula relativamente amplio de forma rápida y fiable. La eficacia asociada a este método depende de los parámetros del movimiento del tamiz y del tiempo de tamizado.

El tamizado de un material puede ser manual y/o mecánico. Hoy en día, el tamizado manual solo se utiliza cuando no hay suministro eléctrico disponible, para una verificación aleatoria rápida en el sitio para sobredimensionar y subdimensionar. Solo se usa con fines de orientación. El tamizado mecánico que se lleva a cabo en los laboratorios mediante tamizadoras, las cuales garantizan la calidad del ensayo por el hecho de que sus parámetros mecánicos, como el tiempo de tamizado y la amplitud o velocidad, se llevan a cabo con una reproducibilidad exacta.

Mayormente el tamizado mecánico que más se utiliza en la industria es el tamizado en seco ya, que la obtención de los resultados es más rápida. Sin embargo también se puede realizar un tamizado mecánico en húmedo, incluso se pueden alternar el tamizado en los dos métodos.

En Sidor se utiliza el método de tamizado en seco por la respuesta rápida en cuanto a resultados, actualmente se esta aplicando en el Laboratorio de Planta Piloto y Simulación el tamizado manual húmedo para tamaños de partícula inferiores a 75µ (malla # 200), aunque el tamizado húmedo requiere de mayor tiempo de ensayo es compensado con una mayor exactitud en los resultados respecto al tamizado en seco.

El método de tamizado en húmedo consiste en hacer pasar un material por un tamiz añadiéndole agua o algún otro líquido (que no reaccione con la muestra a ensayar) y al que se le puede añadir un  humectante.  Para realizar este tamizado se añade el líquido lentamente, con regularidad y a baja presión a través del material y el tamiz hasta que el líquido en la descarga a través del tamiz esté claro. Los residuos de la muestra en los tamices tienen que ser secados y ser pesados para obtener los resultados. La efectividad del tamizado húmedo depende de:

La duración del lavado;
El líquido;
El agente humectante (si se utiliza alguno);
La intensidad de la acción del lavado;
La intensidad y la naturaleza de los movimientos del cedazo, si el tamizado se efectúa moviendo el cedazo en el líquido.

El modo de expresar los resultados es igual que por el tamizado en seco, las fracciones de cada tamiz en gramos y en porcentajes de la suma de las fracciones mas la fracción que queda en el envase (% Retenido); en porcentaje el acumulativo de las fracciones retenidas en los tamices (% Acumulado).


Métodos de determinación del tamaño de partícula:

Existen diferentes métodos para determinar la distribución de partículas. La elección de un método particular depende principalmente del estado de dispersión, es decir, del grado de finura de la muestra. En la Tabla 1 se proporciona una breve lista de algunos de los métodos más comunes, junto con sus rangos de tamaño efectivos.

 

Tabla 1: Métodos de determinación del tamaño de partícula.


Fuente (https://bulkinside.com/particle-sizing-using-laboratory-test-sieves).

 

Referencias:

ISO 2591 “Test Sieving”.
COVENIN 2232-85 “Ensayo de Tamizado”.
Camero Idanea, Barrios Willian, Desarrollo de Método de Separación Granulométrica por Vía Húmeda para la Determinación de Fineza.  IM-6F-16.  Febrero, 2016.
https://bulkinside.com/particle-sizing-using-laboratory-test-sieves




 

Siderúrgica del Orinoco Alfredo Maneiro
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