Llevo 60 años trabajando con grafito y hay una conversación que se repite más que casi cualquier otra. Un cliente llama porque una pieza que debería haber durado meses sale del horno más delgada, picada y debilitada. El grado era correcto. El maquinado era correcto. Las tolerancias eran exactas. Y, aun así, la pieza falló antes de tiempo.
En muchos casos, la causa es la oxidación.
Un ejemplo frecuente es el eje de una bomba para metal fundido. Estos ejes están expuestos a temperaturas elevadas del metal y al oxígeno en la interfaz entre el metal y el aire. Sin protección, el eje puede deteriorarse considerablemente, romperse y detener la bomba. Una opción de bajo costo es el tratamiento LoOx™. Los estudios muestran mejoras importantes en la duración del eje y la continuidad de funcionamiento de la bomba.
En este artículo explicaré lo que me gustaría que todo ingeniero y supervisor de fundición supiera sobre la oxidación del grafito: por qué ocurre, qué temperaturas representan un problema, cómo afecta realmente a una pieza y qué opciones existen, incluido LoOx™, el tratamiento que desarrollamos en Ei6.
El grafito es resistente. El oxígeno es su principal debilidad.
Hay razones por las que el grafito se utiliza en tantos procesos corrosivos y de alta temperatura. Tolera el calor excepcionalmente bien e incluso aumenta su resistencia conforme sube la temperatura en una atmósfera inerte. Resiste el choque térmico, conduce bien el calor y la electricidad, soporta la mayoría de las sustancias químicas y no es mojado por muchos metales fundidos.
Sin embargo, el grafito es un material a base de carbono y el carbono reacciona con el oxígeno. A temperaturas elevadas en presencia de aire, el carbono de la pieza se combina con el oxígeno y forma monóxido y dióxido de carbono gaseosos. En pocas palabras, el grafito se convierte poco a poco en gas y se dispersa.
¿A qué temperatura se oxida el grafito?
En el aire, la oxidación perceptible comienza aproximadamente a los 400 °C (unos 750 °F), y su velocidad aumenta considerablemente a partir de esa temperatura. Si su operación se realiza cerca de los 600 °C o por encima de ellos, con exposición al aire, una pieza sin protección puede perder material rápidamente.
El punto de inicio exacto varía de una pieza a otra. Depende de:
- Grado y densidad. Un material más denso y de grano fino ofrece menos superficie para el ataque del oxígeno.
- Pureza. Algunas impurezas, como Fe, Cu, V y Ti, actúan como catalizadores y aceleran la oxidación.
- Porosidad. Una mayor cantidad de poros abiertos implica más superficie interna expuesta al oxígeno.
- Flujo de aire y humedad. El aire en movimiento aporta oxígeno fresco continuamente, y el vapor de agua intensifica el ataque a temperaturas elevadas.
- Ciclo de operación. Una pieza que permanece caliente durante horas se comporta de manera distinta a una que entra y sale repetidamente de la zona caliente.
Lo que la oxidación realmente le hace a una pieza
Esto es lo que muchas personas subestiman. La oxidación no es solo un problema superficial.
El oxígeno penetra en los poros del grafito y tiende a atacar primero el aglutinante de carbono entre los granos. A medida que se deteriora ese aglutinante, los granos pueden aflojarse y desprenderse. La pieza pierde masa, se vuelve más porosa y esa porosidad adicional permite la entrada de todavía más oxígeno.
Lo que se observa durante la operación depende de la pieza:
- Los ejes y rotores pierden resistencia y sección transversal, y pueden agrietarse o romperse durante el servicio.
- Los elementos calefactores presentan cambios en su resistencia eléctrica y pueden desarrollar puntos calientes.
- Las paredes de los crisoles se adelgazan, pierden su acabado superficial liso y pueden presentar fugas.
- Los componentes maquinados pierden las tolerancias y el acabado superficial por los que usted pagó.
Las formas habituales de combatir la oxidación y sus limitaciones
- Evitar la presencia de oxígeno. Operar al vacío o purgar con un gas inerte es la protección más eficaz. El problema es que muchos procesos sencillamente no pueden aislarse del aire. La desgasificación de aluminio fundido, el tratamiento con fundentes, los crisoles abiertos y las piezas que entran y salen de la zona caliente quedan expuestos al aire.
- Elegir un grado mejor. Un grado más denso y puro reduce la velocidad de oxidación, pero no la detiene.
- Recubrir o cubrir la superficie. Un recubrimiento o cubierta superficial puede ofrecer una buena barrera hasta que se agrieta, se despostilla o se desgasta. Una vez que el oxígeno penetra por debajo, el grafito queda desprotegido y expuesto a la oxidación.
- Tratar todo el cuerpo de la pieza. LoOx™ se desarrolló precisamente para atender esta necesidad.
Qué es LoOx™ y cómo funciona
LoOx™ es el tratamiento propietario de Ei6 para mejorar la resistencia del grafito a la oxidación. En lugar de recubrir únicamente la superficie exterior, impregnamos todo el cuerpo de la pieza con un fluido de formulación especial y después lo curamos.
Esto brinda protección de dos maneras:
- En el interior de la pieza. El tratamiento penetra en la estructura porosa de todo el cuerpo, donde la oxidación causa daños difíciles de detectar. Si la superficie exterior se desgasta, el material tratado con LoOx™ que queda debajo conserva la protección.
- En la superficie. En las piezas cuyo diseño lo permite, la capa superficial curada permanece como barrera física adicional contra la exposición al oxígeno.
Podemos aplicar LoOx™ a la materia prima antes del maquinado o a la pieza terminada. En ambos casos, el tratamiento se integra a la secuencia de producción y se enmascaran las características críticas según sea necesario para que la pieza final cumpla sus especificaciones. LoOx™ está disponible en nuestras instalaciones de Estados Unidos y Brasil.
Dónde aporta valor LoOx™
Estas son algunas aplicaciones en las que hemos observado que LoOx™ marca una diferencia importante en la vida útil y el costo de las piezas:
- Ejes y cabezales de rotor de bombas para metal fundido, incluida la desgasificación de aluminio
- Tubos para tratamiento con fundentes
- Elementos calefactores
- Crisoles
- Electrodos para electroerosión (EDM)
- Piezas de carbono mecánico, como bujes, anillos de sello y paletas
- Componentes de aislamiento de grafito
- Dispositivos de sujeción y pantallas de protección expuestos al aire
Cómo LoOx™ se convirtió en un tratamiento estándar
LoOx™ no surgió como una idea de producto. Surgió al observar lo que ocurría con las piezas en las operaciones de nuestros clientes. Durante varios años, Ei6 midió la oxidación y la vida útil de las piezas en estas aplicaciones. Las piezas tratadas mostraron consistentemente menor oxidación y una vida útil más larga. Una vez comprobada la repetibilidad de los resultados, convertimos LoOx™ en un tratamiento estándar disponible para todos nuestros clientes.
Nuestra experiencia con piezas tratadas con LoOx™ de Ei6, incluidos ejes de bombas para metal fundido, tubos para fundentes y crisoles para metales preciosos, ha mostrado consistentemente aumentos de entre 50 % y 100 % en los ciclos de vida útil. Los ejes de bomba presentaron la mejora más notable, con una duración que casi se duplicó. En todos estos casos, la mayor vida útil permitió procesos más continuos y menores costos operativos. Son ventajas que vale la pena considerar.
¿LoOx™ es adecuado para su pieza?
LoOx™ no es una solución mágica ni sustituye las buenas prácticas. El ajuste, el sellado y la instalación correctos siguen siendo importantes. Los resultados dependen de la temperatura de operación, la atmósfera, el ciclo de servicio y el diseño de la pieza.
Cuando Ei6 conversa con un cliente sobre la conveniencia de utilizar LoOx™, estas son las primeras preguntas:
- ¿A qué temperatura opera la pieza y cuánto dura el ciclo?
- ¿Está expuesta al aire durante todo el ciclo o solo durante una parte?
- ¿Cómo falla actualmente: por desgaste superficial, rotura o pérdida de desempeño?
- ¿Cuánto cuesta realmente una falla si se suman los paros y la mano de obra al precio de la pieza?
Si la oxidación está reduciendo la vida útil de las piezas de su operación, contacte a Ei6 para analizar si LoOx™ es adecuado para su aplicación.
Preguntas frecuentes
¿El grafito se oxida?
¿A qué temperatura comienza a oxidarse el grafito?
En el aire, la oxidación perceptible suele comenzar alrededor de los 400 °C (unos 750 °F) y se acelera al aumentar la temperatura. El punto exacto depende del grado, la pureza, la porosidad, el flujo de aire y la humedad.
