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

Siderúrgica del Orinoco Alfredo Maneiro
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