El uso cada vez más frecuente de materiales combinados en la construcción de vehículos requiere cambios en los procesos de tratamiento previo
El tratamiento inicial que recibe una carrocería bruta de metal sirve para alcanzar los parámetros de rendimiento claves en todas las operaciones siguientes de revestimiento y pintura, especialmente la protección contra la corrosión y la adhesión de la pintura. Durante muchas décadas el primer proceso ha sido el fosfatado de zinc; la carrocería se sumerge en un baño de ácido fosfórico que genera propiedades de superficie que mejoran la efectividad del siguiente proceso de galvanización.
Pero cada vez hay una mayor la tendencia al uso de aluminio en la construcción de vehículos con el fin de aligerar el peso y por ello el proceso es menos atractivo en términos de coste y eficiencia ecológica. Tiene el desafortunado efecto secundario de generar una cantidad inaceptable de lodos residuales que hacen que el proceso sea ineficiente de varias maneras, como por ejemplo las operaciones de limpieza que detienen la producción.
Sin embargo, en colaboración con varios constructores de automóviles, la empresa de tecnología de materiales Henkel ha desarrollado un proceso de dos pasos para resolver el problema y lo ha lanzado al mercado con el nombre de Bonderite. Según Peter Kuhm, director comercial en Europa, el origen del proceso está en 2000-2001 cuando desarrollaron la tecnología junto con JLR en el Reino Unido. Luego en 2006-2008 se desarrolló una versión optimizada y ahora se ha extendido a la industria automotriz global, entre sus usuarios se encuentran la fábrica de camiones de Ford en Dearborn, Michigan, y las plantas de FCA en Cassino y Millefiori en Italia.
Durante el fosfatado convencional un metro cuadrado de material galvanizado puede producir 0.5g de lodo, un área similar de acero produce 3-4 g y con el aluminio llega hasta 10-15g
Kuhm explica que hay una clara diferencia en la reacción del acero y el aluminio al anterior proceso: un metro cuadrado de material galvanizado puede producir 0.5g de lodo, un área de acero produce 3-4 g y con el aluminio llega hasta 10-15g. Al aumentar la proporción de aluminio en la carrocería se aumenta la cantidad de lodo generado y requiere un mejor filtrado para eliminarlo.
En el fosfatado convencional, nos explica Kuhm, el ácido graba la superficie del metal y emite iones de metal. Cuando el metal es acero, se producen iones de hierro que conforman un lodo resultante de composición "ligera y esponjosa". Al mismo tiempo, el zinc contenido en el baño forma el revestimiento cristalino de fosfato de zinc en el metal y de ahí recibe su nombre el proceso. El lodo producido por el aluminio, compuesto por fluoruro de aluminio sodio potasio, es mucho más denso y difícil de eliminar del fluido. Además, se requiere un flujo mucho mayor de fluido para evitar que se asiente en el fondo del tanque de inmersión.
Buscando una fórmula mejor En la primera fase del proceso desarrollado por Henkel, se utiliza una composición de fluido ligeramente diferente para reducir las consecuencias del proceso convencional cuando hay aluminio. Según Kuhm, la nueva fórmula crea un revestimiento de aluminio que tiene un grosor de unos pocos nanómetros y evita el grabado, por lo que se reduce efectivamente la cantidad de lodo producida por el metal y evita así la descomposición no deseada de cristales de fosfato de zinc en la superficie; también se reducen los consecuentes requisitos de filtración. Pero el revestimiento de acero permanece igual que antes.Al igual que en el fosfatado convencional, la segunda fase, se realiza después de dos ciclos de aclarado y es un proceso de pasivación que protege la reducida cantidad de acero que permanece descubierta por los huecos naturales que se producen entre los cristales en la superficie. El proceso de Henkel utiliza una formulación modificada basada en la química compleja de circonio que Kuhm asegura “actúa como capa de conversión”, cumple la función original de pasivación y proporciona una capa anticorrosiva de óxido de circonio al aluminio. Otra ventaja es que se reduce el contenido de fluoruro en las aguas residuales, lo que simplifica el tratamiento de desechos. Se puede realizar este mismo proceso con carrocerías 100% de aluminio, que es lo que sucede ahora en JLR.
El resultado, según Kuhm, es una carrocería con propiedades anticorrosivas y adherencia de pintura que son como mínimo equiparables al fosfatado convencional, pero que se alcanzan con mayor eficiencia y más económicamente. Un constructor automotriz ya ha notificado que en ambos aspectos el rendimiento del nuevo proceso son superiores al proceso convencional. Henkel también cuenta con datos comparativos de rendimiento, incluido el ahorro de energía. Esto se debe a la menor temperatura que se requiere en el depósito de fosfatado inicial (46-48°C en lugar de 53-56°C) y al hecho que no se requiere horneado después del proceso de dos fases, la carrocería llega a la siguiente fase de galvanización sin un secado previo.
Por lo demás, los parámetros son los mismos que antes, no se requieren nuevas condiciones ambientales ni experiencia profesional adicional, los tiempos de proceso para los vehículos son similares o incluso ligeramente inferiores. En conjunto, comenta Kuhm, se obtiene un ahorro de entre 1.75 y 2.90 dólares por carrocería. El proceso convencional suele tener un coste de unos 12 dólares, por lo que el ahorro puede ser de hasta un 25%, lo que representa un ahorro considerable en un contexto de producción en masa.
En busca de más mejoras El proceso optimizado ha permanecido constante desde que se presentó hace poco más de una década, pero Kuhm afirma que Henkel está ahora llevando a cabo diversas iniciativas en cooperación con los constructores automotrices. Una de ellas es alcanzar un mayor ahorro de energía mediante la reducción de la temperatura operativa del baño inicial de fosfatado hasta 40-42°C. No nos ha comunicado la marca que está probando este proceso, pero se trata de una marca que destaca por el uso intensivo del aluminio en sus vehículos. La empresa tiene como objetivo introducir esta nueva versión del proceso en un plazo de dos años. “Ya funciona en el laboratorio”, comenta Kuhm y añade que antes de autorizar definitivamente el proceso se realizarán tres ciclos de ensayo en líneas con sus correspondientes procesos de evaluación.
Un primer plano de una superficie de carrocería con fosfatadoEsta cooperación con la marca es necesaria para una mejora efectiva del proceso. “Se puede trabajar con los paneles en el laboratorio, pero es necesario trabajar con carrocerías completas de metales combinados para estar seguro", explica Kuhm. “Tienes que tener experiencia en la línea”. Pero enfatiza que la propiedad intelectual del proceso continúa perteneciendo a Henkel y que está disponible para cualquier cliente. La ventaja para la marca es que le permite ser la primera en implementar la nueva tecnología.
La marca alemana Audi ha sido la socia de Henkel en el desarrollo del proceso optimizado que se ha convertido ahora en una práctica establecida en todo el sector. La empresa continúa utilizando esta tecnología, confirma Michael Michallek, planificador de producción especializado en corrosión en Audi. “El nuevo proceso de dos pasos se utiliza actualmente, entre otros procesos de tratamiento previo, en tres plantas de Audi", comenta. “Este proceso se desarrolló específicamente para los requisitos de alta calidad de Audi y la versión anterior nunca llegó a utilizarse con Audi".
Según Michallek, el factor que llevó a Audi a desarrollar y adoptar el proceso fue el deseo de la empresa de aumentar la cantidad de aluminio en sus vehículos. “Los efectos secundarios positivos han sido la reducción del coste y las mejoras medioambientales", informa y añade que adoptar el proceso es muy sencillo, los operarios solamente necesitan conocer los parámetros del nuevo proceso. El principal objetivo continua siendo facilitar el uso de aluminio en la construcción de vehículos, y en lo que respecta a Audi, esto es precisamente lo que consigue. “La proporción de aluminio en la carrocería de un Audi varía desde cero al 100% y este proceso se puede utilizar en todas las proporciones de material", declara Michallek.
