Un perno laminar de zinc y una tuerca pavonada no son una pregunta, sino tres

Pregunta uno: ¿se atacarán entre sí?

Por lo general no de la manera que se teme, y vale la pena entender la razón en lugar de memorizarla.

El pavonado es un recubrimiento de conversión: un óxido que crece a partir del propio acero, sobre todo magnetita, y no otro metal depositado encima. Es delgado y por lo general permeable, y por eso normalmente se aceita o se encera. Eso no lo hace electroquímicamente idéntico al acero desnudo: la película sigue aumentando la impedancia y limita la velocidad a la que se disuelve el acero de debajo, y un tratamiento posterior añade algo más. Mucho menos protegido que una pieza recubierta, pero no nada.

Y el zinc es anódico respecto al acero. Donde ambos están mojados y conectados, el zinc se sacrifica primero y mantiene intacto el acero. Es el mismo mecanismo que justifica poner zinc en un tornillo.

Aquí terminan la mayoría de las explicaciones, y aquí esta no debería terminar, porque «el zinc protege el acero» es una afirmación sobre un par galvánico, no sobre su unión. Para que el zinc del perno proteja una zona concreta de la tuerca tienen que cumplirse varias cosas a la vez: ambos deben estar conectados eléctricamente; un electrolito continuo debe unirlos; el recubrimiento debe tener zinc conductor y aún activo que ceder; y la corriente de protección debe llegar realmente a ese punto venciendo la distancia, la relación de áreas y la polarización.

Así que la versión honesta es más estrecha que la habitual. La tuerca no se come el perno, y parte del zinc del perno puede gastarse en proteger zonas de la tuerca en lugar de a sí mismo: un coste, no una ventaja. Cuánto depende de la relación de áreas, que es el tema de la página sobre corrosión galvánica.

Eso también matiza una cuenta que quizá haya hecho. Estimar la vida de un recubrimiento como espesor dividido por velocidad de corrosión supone que el recubrimiento solo tiene que protegerse a sí mismo. Donde cubre más que eso, la estimación es optimista, en una medida que depende de su geometría y que nadie ha medido por usted.

Pregunta dos: ¿qué pieza decide cuánto dura la unión?

Esta es la pregunta que se quería hacer, y la respuesta es directa: un conjunto está tan protegido como su pieza menos protegida. No el promedio de las dos. En la corrosión no se promedia: el óxido empieza donde la protección se agotó primero, y una unión manchada de rojo es una unión manchada de rojo, sin importar qué mitad empezó.

Así que la verdadera pregunta es qué protege realmente a una tuerca pavonada. Para eso, lea la norma que define el recubrimiento. La ISO 11408:1999 empieza enumerando para qué sirve el pavonado:

Los recubrimientos de óxido negro pueden utilizarse para disminuir la fricción entre superficies deslizantes o de apoyo, con fines decorativos o para reducir la reflexión de la luz. (traducción)

La protección contra la corrosión no está en esa lista. Tampoco es un olvido, porque el campo de aplicación lo dice a continuación directamente:

En condiciones ligeramente corrosivas solo se obtiene una protección muy limitada contra la corrosión, incluso con tratamiento de conservación. (traducción)

Léalo con atención, porque dice dos cosas a la vez. Protección muy limitada, y solo en condiciones ligeramente corrosivas, y ese es el veredicto con el aceite o la cera ya aplicados. Fíjese en lo que sigue sin decir: muy limitada no es ninguna, y la película de óxido sí ofrece cierta resistencia. La cuestión no es que una tuerca pavonada sea acero desnudo, sino que está mucho menos protegida que el perno, y el aceite no cierra esa diferencia.

Con eso queda zanjado. Ponga una tuerca pavonada en un perno recubierto y la tuerca manda. Lo que pagó por el perno queda ahora limitado por el componente más barato de la unión. Es el mismo tipo de error que comparar acabados por adjetivos: el nombre le dijo el color, no la protección.

Pregunta tres: ¿qué ha pasado con el par de apriete?

Esta es la que falla primero, porque falla el día del montaje y no en el tercer año, y es la que nadie pregunta.

El par no se convierte en fuerza de apriete. La mayor parte se gasta en fricción en la rosca y bajo la cabeza, y solo el resto aprieta la unión. Cambie el recubrimiento de cualquiera de las dos superficies en contacto y habrá cambiado ese reparto. Un par que daba la precarga correcta en una pareja igualada no la da en una mezclada, y nada en la unión parece distinto mientras ocurre. El mecanismo se explica en la página sobre par y fuerza de apriete, cuya idea central se aplica aquí directamente: el coeficiente de fricción no es una propiedad del tornillo, es una propiedad de la pareja. Mezclar recubrimientos cambia la pareja.

Encima hay una trampa concreta. La ISO 11408 incluye el coeficiente de fricción entre las cosas que el comprador tiene que solicitar, junto con la resistencia al desgaste y la resistencia al ácido oxálico, en el apartado sobre la información adicional que debe facilitarse al proveedor. Es opcional.

Así que en un pedido normal de pavonado no hay ninguna cifra de fricción acordada asociada a las piezas. Eso no significa que no pueda obtenerse: un proveedor puede tener datos de proceso o de lote, o estar en condiciones de hacer el ensayo. Pero es una pregunta que tiene que plantear usted, no un número que llega con la mercancía, y plantearla antes de fabricar las piezas es mucho más barato que después. Si no, determínela mediante ensayo en la pareja real.

Qué hacer

• Iguale los recubrimientos si puede. La solución más barata suele ser especificar la tuerca en lugar de aceptar lo que venga en la caja: las tuercas son una partida menor que el problema que causan.
• Si no puede igualarlos, elija qué pieza manda y déjelo por escrito. Una unión mezclada sin documentar se convierte más tarde en una discusión; una documentada se convierte en una decisión que puede defender.
• Vuelva a determinar el par en la pareja real. No traslade un número de otra combinación, y no acepte uno de un catálogo que no diga en qué pareja se midió.
• Trate cualquier estimación de vida del recubrimiento como optimista hasta saber cuánta área desnuda se le pide cubrir a la capa de sacrificio.
• Indique en la solicitud para qué es la unión. La mayoría de los problemas de recubrimientos mezclados aparecen porque la tuerca se compró por separado del perno, por alguien a quien no se le dijo con qué estaba recubierto el perno, lo cual es un problema de especificación antes que de química.

Y la versión general, que es la idea de toda esta serie: el acabado es una decisión dentro de una secuencia (en inglés), no una línea que se rellena al final. Un recubrimiento elegido sin tener en cuenta contra qué se va a atornillar solo está elegido a medias.

Relacionado

• El orden para especificar un tornillo (en inglés): dónde se sitúa la decisión del acabado
• Corrosión galvánica: la relación de áreas que decide a qué velocidad se gasta el zinc
• Cuánto durará el recubrimiento: la estimación que esta página vuelve optimista
• Par y fuerza de apriete: por qué la fricción pertenece a la pareja
• «Muy bueno» y «bueno»: por qué el nombre del recubrimiento no es la protección
• Elegir un acabado: la decisión previa a esta
• Qué incluir en una solicitud de elementos de fijación: donde suele originarse la discordancia

Este artículo trata el paso 5: acabado. El orden completo es sustrato, rosca, cabeza, accionamiento, acabado y documentación. El artículo inglés Specifying a screw explica por qué alterarlo genera retrabajo.

Preguntas frecuentes

¿Puedo usar un perno cincado con una tuerca pavonada?

Mecánicamente sí, y no se destruirán entre sí. Pero ha cambiado tres cosas a la vez. El zinc es anódico respecto al acero bajo el pavonado, así que protege la tuerca además de a sí mismo y se consume más rápido. La tuerca es la pieza menos protegida, así que gobierna la vida de la unión. Y la fricción ha cambiado, de modo que su par ya no produce la precarga que producía.

¿El pavonado es un recubrimiento anticorrosión?

No según la ISO 11408, que indica como finalidades reducir la fricción, decorar y reducir la reflexión de la luz, y luego afirma que en condiciones ligeramente corrosivas solo se obtiene una protección muy limitada contra la corrosión, incluso con tratamiento de conservación. A efectos de vida en servicio, trate una pieza pavonada casi como acero desnudo.

Si el zinc también protege la tuerca, ¿no es algo bueno?

Es el mecanismo funcionando, y aun así es un coste, porque la protección de sacrificio es consumo. El zinc que se gasta en la tuerca no se gasta en el perno, y la rapidez con que se va la fija la relación de áreas: ánodo pequeño, cátodo grande, rápido.

¿Mezclar recubrimientos cambia mi especificación de par?

Sí, y normalmente es lo primero. La fricción pertenece a la pareja, no al tornillo, así que cambiar cualquiera de las dos mitades cambia cuánto de su par se convierte en fuerza de apriete. La ISO 11408 hace del coeficiente de fricción un requisito opcional del comprador, así que en un pedido normal el número no existe.

¿Las tuercas cincadas en amarillo en un perno laminar de zinc también son un problema?

Uno distinto y mucho menor. Ambos son verdaderos recubrimientos anticorrosión, así que la pregunta pasa a ser si protegen al mismo nivel, no si uno protege en absoluto. Compare espesor y pasivación. La cuestión de la fricción sigue vigente.