Diseño de un proceso de pavonado por inmersión alcalino para elementos de ajuste y sujeción fabricados de acero AISI 4140

Abstract

El objetivo de la presente tesis es diseñar un sistema de pavonado alcalino para piezas de ajustes y sujeción fabricados de acero AISI 4140. La metodología empleada para el desarrollo de la tesis consistió en un estudio experimental a nivel laboratorio del proceso de pavonado y luego el diseño del sistema de pavonado usando ecuaciones de balance de energía. En el estudio experimental se analizó los efectos que tiene dos parámetros de operación (i) composición química de la solución, y (ii) tiempo de inmersión, sobre la resistencia a la corrosión, acabado superficial y espesor que logra tener la película de pavonado. Los reactivos químicos usados para formular la solución de pavonado fueron nitrato de potasio (KNO3), hidróxido de sodio (NaOH) y agua (H20), y los tiempos de inmersión evaluados fueron 20 min, 30 min y 40 min; además, los métodos usados para medir las características de la película de pavonado fueron, método de extrapolación de Tafel, microscopio óptico y microscopio electrónico de barrido (MEB). De los resultados experimentales se encontró que la condición óptima para lograr una película de pavonado de alto performance es cuando las piezas son sometidas a una solución de 18.0 %P/P KNO3, 37.0 %P/P NaOH y 45.0 %P/P H2O y con tiempo de inmersión de 30 min; también, se encontró que en la condición óptima de operación, la película de pavonado formado y sellando con aceite WD-40 logra tener una eficiencia de protección de la corrosión del 81.61%, y el espesor de película alcanzado en esta condición es de 1.3 µm. Con las condiciones óptimas encontradas en el estudio experimental y con la información científica e industrial revisada, se estableció un proceso de pavonado para las piezas de ajuste y sujeción, el cual está constituido por tres etapas, (i) pretratamiento, (ii) pavonado y (iii) postratamiento. Los equipos a usar en el pretratamiento y postratamiento son comerciales, mientras que el equipo a usar en la etapa pavonado fue diseñado considerando la forma geométrica de las piezas de ajuste y sujeción. De los resultados del diseño, se concluye que para pavonar 100 kg de piezas de acero AISI 4140 se requiere un sistema de pavonado de capacidad de 97.5 L con un flujo de calor de 8.45 kW. Además, se encontró que el tiempo de operación del proceso en promedio es de 77.5 min y el costo de producción de 1 Kg de piezas pavonadas es de 2.55 soles.