Tratamientos Superficiales Avanzados: Protección y Mejora de Materiales

Introducción a los Recubrimientos Superficiales

Los recubrimientos superficiales son procesos esenciales en la ingeniería de materiales, diseñados para mejorar las propiedades de la superficie de una pieza, como su resistencia a la corrosión, al desgaste, su dureza o su apariencia estética. A continuación, se detallan los principales métodos de recubrimiento y sus aplicaciones.

Recubrimientos Superficiales por Conversión

Estos tratamientos implican la transformación química de la superficie del material para formar una capa protectora. La preparación previa de las superficies a tratar es fundamental para asegurar la calidad y adherencia del recubrimiento.

Preparación de Superficies

Para una preparación óptima, se realizan los siguientes pasos:

• Desengrasado: Procedimiento que elimina los residuos grasos procedentes de la mecanización (aceites de corte y lubricantes). Se suelen utilizar disolventes orgánicos.
• Decapado: Operación que, mediante la acción de un abrasivo, elimina la capa de óxido superficial de la pieza a tratar o recubrimientos anteriores. Puede ser:
  • Químico: Inmersión en ácido sulfúrico o clorhídrico.
  • Electrolítico: La pieza actúa como ánodo en un electrolito de ácido sulfúrico.
  • Mecánico: Realizado con muelas o cepillos de púas.

Formación de Capas Protectoras

Una vez preparada la superficie, el objetivo es conseguir la formación de capas superficiales de óxido, fosfatos, cromados, entre otros, que protegen al material de la corrosión y mejoran otras propiedades.

• Anodizado: Se aplica principalmente al aluminio, titanio, magnesio y zinc. Genera una capa de óxido estable sobre la superficie, producida al sumergir el metal (ánodo) en una disolución electrolítica ácida (cátodo). Esta capa puede ser posteriormente coloreada.
• Pavonado: Tratamiento por el que se deposita una capa de cloruros o sulfuros de color negro sobre la pieza, ofreciendo protección y un acabado estético.
• Fosfatado: Se obtiene una capa de fosfato al sumergir la pieza en una solución de ácido fosfórico y nitrato de zinc. Ofrece una excelente facilidad de adhesión a pinturas, siendo comúnmente utilizado en carrocerías de automóviles.
• Cromatado: Se obtiene una capa de óxido de cromo. Proporciona una alta resistencia a la corrosión y un acabado decorativo, como se observa en tirafondos para madera.

Recubrimientos Superficiales por Inmersión

En este método, la pieza a recubrir se sumerge en un baño con el metal protector fundido. El espesor resultante oscila entre 0.01 y 0.1 mm, y la adherencia es generalmente buena. El metal protector debe tener un punto de fusión relativamente bajo. Ejemplos comunes incluyen el galvanizado, estañado y emplomado.

Galvanizado

Consiste en sumergir las piezas de acero en un baño de zinc a unos 450 °C. Durante este proceso, tiene lugar una difusión del zinc en el acero, formando una aleación de Zn-Fe sobre la superficie de las piezas. La durabilidad de la protección es proporcional al espesor de la capa y al tipo de atmósfera. Las piezas galvanizadas pueden soldarse y pintarse.

Existen dos procesos principales:

• Procedimiento Discontinuo: Antes de la inmersión en el baño de zinc fundido, las piezas se someten a un proceso de limpieza química exhaustiva (desengrase, decapado, fluxado de sales y secado). El resultado es un aspecto gris metálico brillante.
• Procedimiento Continuo: Se aplica a chapas de acero que se someten de manera continua a una fase previa de limpieza superficial, antes de hacerlas pasar a una velocidad elevada (hasta 200 m/min) por el baño de zinc fundido. Este método suele producir un recubrimiento más reducido en espesor.

Recubrimientos Electrolíticos

Estos procesos producen una película protectora de metales como níquel, cromo, cobre o zinc, con un espesor que varía entre 0.001 y 0.01 mm. La pieza a proteger actúa como cátodo, y el metal protector como ánodo, en un electrolito con una elevada concentración del metal en forma de sulfatos. Los principales tratamientos electrolíticos son el cincado, niquelado, cromado y cobreado.

Recubrimientos por Metalización

Consisten en la deposición, por proyección, de un metal en estado líquido sobre la superficie a proteger. El material se calienta por encima de su temperatura de fusión (T_f) y se proyecta a alta velocidad sobre la pieza. Pueden emplearse metales como zinc, plomo y aluminio.

Técnicas Modernas de Recubrimiento

Representan técnicas de recubrimiento más sofisticadas, que ofrecen propiedades avanzadas y mayor precisión. Entre ellas, destacan:

• CVD (Chemical Vapour Deposition - Deposición Química de Vapor): Proceso de deposición de recubrimientos duros (como TiN, TiCN) mediante la deposición del material en fase de vapor a temperaturas cercanas a los 1000 °C. Ofrecen elevada dureza y espesores de entre 5 y 10 µm. Son ideales para herramientas de deformación plástica en frío.
• PVD (Physical Vapour Deposition - Deposición Física de Vapor): Proceso de recubrimiento termofísico en el que los materiales de revestimiento se vaporizan en una cámara de vacío que contiene un gas reactivo y se depositan sobre la pieza a tratar, formando una capa delgada y resistente.