Tratamientos superficiales en Tecnología Industrial

Tratamientos Superficiales

Desengrase

El desengrase es un tratamiento superficial que elimina aceites y grasas de las piezas. Se clasifica en:

Desengrase Químico en Fase Disolvente Orgánico

Los disolventes se mezclan con los aceites en una disolución. La superficie metálica no es atacada, pero la grasa es absorbida. Siempre queda una capa monomolecular.

Desengrase Químico en Fase Acuosa Básica

Desplazamiento de la película de grasa de la superficie hacia la solución detergente, seguida de un mantenimiento en emulsión de las gotas de grasa formadas. Se usan jabones o detergentes.

Desengrase Electrolítico

Soluciones acuosas alcalinas bajo el efecto del paso de una corriente continua. Se produce un efecto mecánico debido a la creación de burbujas de hidrógeno.

Desengrase Térmico

Combustión de productos orgánicos (llama directa, inmersión directa en baño de metal fundido, procedimiento Sendzimir en horno de dos etapas).

Ventajas del desengrase con disolventes: Secado rápido, pocos conocimientos requeridos, eliminación correcta de los productos de pulido, buena eficacia sobre grasas minerales, bien adaptado a piezas muy engrasadas.

Desventajas: Instalaciones caras, legislación restrictiva, elimina mal partículas abrasivas, deja una superficie ligeramente contaminada e hidrofóbica.

Ventajas del desengrase químico (fase acuosa): Superficies exentas de polvo e hidrofílicas, desengrase efectivo, válido para grandes superficies por aspersión.

Desventajas: Eficacia limitada sobre grasas minerales, calentamiento de un gran volumen de líquido, adaptación de la composición del electrolito al material a tratar.

Ventajas del desengrase electroquímico: Desengrase efectivo, superficies hidrofílicas, muy recomendable antes de un revestimiento electrolítico.

Desventajas: Necesita una capa anterior de desengrase, baños muy contaminantes en ciertos casos, posible fragilización de ciertos metales.

Decapado

El decapado elimina residuos sólidos. Se clasifica en:

• Mecánico: Cepillado, picado, esmerilado, granallado, abrasivos en medio líquido.
• Mecánico-químico: Abrasivos y electrolitos conjuntamente.
• Térmico: Altas temperaturas provocan la descohesión de las impurezas.
• Termoquímico: Baño de sales fundidas a 450ºC.
• Termoelectroquímico: Baño de hidróxido de sodio fundido + polarización de la pieza.
• Electroquímico: Reducción de óxidos + creación de hidrógeno gaseoso.
• Químico: Baños ácidos o sales alcalinas.

Pulido

El pulido elimina defectos de superficie. Se clasifica en:

• Mecánico: Por frotamiento mecánico. Provoca perturbaciones estructurales en la superficie: pulido basto, intermedio y final. Crea una capa perturbada.
• Químico: Reacción de corrosión controlada.
• Mecánico-químico: Pulido en tambor con abrasivos y pastas.
• Electroquímico: Disuelve preferencialmente la superficie de un metal colocado como ánodo de una célula electroquímica en una disolución apropiada. Aumenta la resistencia a la corrosión, la resistencia mecánica y la resistencia a la fatiga. No crea capa perturbada como el pulido mecánico.

Recubrimientos por Vía Húmeda

Depósito Electrolítico

Revestimientos metálicos mediante electrólisis, donde el metal es catódicamente depositado sobre otro metal o superficie conductora para mejorar las propiedades de la superficie.

Depósito Químico (Electroless)

Depósito por Desplazamiento

Si un metal M2 se sumerge en una solución que contiene iones de otro metal más noble, M2 se disuelve y pasa a la solución en forma iónica. Los que eran iones se reducen a su forma metálica.

El intercambio electrónico se realiza en la interfaz del metal, así que una vez recubierta la superficie, la reacción se detiene. Se obtienen espesores muy pequeños y se emplean como capas de preparación para otros tratamientos (ej. preparación de aluminio antes de esmaltado).

Depósito por Reducción Química

(Niquelado químico). El agente reductor se encuentra en la solución, permitiendo mayores espesores.

• Proceso no catalítico: La deposición se produce sobre todas las paredes.
• Proceso catalítico: La reducción solo se produce en presencia de catalizadores.

Propiedades: Espesor homogéneo, dureza, resistencia al desgaste, soldabilidad, resistencia a la corrosión.

Depósitos por Inmersión en Baño de Metal Fundido

Procesos en caliente que obtienen recubrimientos de zinc sobre hierro o acero por inmersión en un baño de zinc fundido.

• Vía seca: Decapado, lavado, limpieza de superficies, secado, introducción en el baño de zinc.
• Vía húmeda: Igual que la vía seca, pero con limpieza en agua al final (por posibles suciedades en la superficie del baño de zinc) y sin secado.

Ventajas: Evita el secado y lavado después de limpiar las superficies, ayuda al escurrido del zinc, reduce la oxidación de la superficie de zinc, ejerce de equilibrante térmico evitando sobrecalentamientos y ayudando en el precalentamiento.

Depósitos Orgánicos (Pinturas)

Una suspensión que aisla el objeto recubierto del exterior, protegiéndolo frente a la corrosión o aportando características estéticas. Ofrece tres tipos de protección: aislante, inhibidora y catódica.

Esmaltado

Productos vitrificables que resultan de la fusión, vitrificación o sinterizado de una sustancia formada por materias minerales.

Composición: Principalmente sílice, además de refractarios, fundentes o productos de adición.

Aplicación: Secado (70-200ºC) + cocción (800-900ºC). Se usa en calentadores de agua, electrodomésticos, etc.

Recubrimientos por Vía Seca

Chapado

Recubrir el material base con una lámina de otro material (ej. pan de oro).

Proyección Térmica

Proyección de partículas finas de un producto de aporte sólido, fundido o reblandecido por medio de una fuente de calor. La partícula se funde durante el trayecto. El aporte viene dado por la combustión de gases.

Se realiza un rebaje en el material para compensar las dimensiones extras, además de algún sustrato en la superficie para evitar la diferencia de coeficientes térmicos. Protege contra el desgaste.

Evaporación en Vacío

Capas finas por condensación del vapor del material a depositar sobre el sustrato a recubrir.

Fases:

• Realización del vacío en la cámara de deposición.
• Evaporación del material con ayuda de un crisol a alta temperatura.
• Movimiento de átomos del crisol al sustrato.
• Condensación del vapor sobre el sustrato.
• Crecimiento de la capa.

Si el vacío no es muy alto, los átomos evaporados pueden chocar contra otros átomos residuales, perdiendo energía. Se calienta mediante filamentos de wolframio.

Depósitos de Pulverización Catódica (PVD)

Pertenece a las deposiciones físicas en fase vapor (PVD). Trabaja en frío y se pueden depositar todo tipo de materiales que soporten cierto calentamiento (60ºC).

Deposición Química en Fase Vapor (CVD)

Consiste en poner en contacto un compuesto volátil del material a depositar con otro gas en las proximidades de la superficie del sustrato, para provocar una reacción química que produzca un compuesto sólido.

Deposición de Plásticos

Crea una capa barrera para aislar química, mecánica y eléctricamente un material y protegerlo del medio ambiente mediante una capa de plástico. Se usan pinturas de tipo polvo termoestables.

Ventajas: Facilidad de aplicación, posibilidad de automatización, elevado rendimiento, ausencia de poros debidos a la evaporación del disolvente.

Métodos de aplicación:

• Inmersión: Se calienta la pieza y luego se introduce en polvo, de manera que se funde por contacto.
• Aspersión: Se realiza en un túnel. Velocidad mayor que en inmersión.
• Proyección: Mediante una pistola-soplete que precalienta la superficie y proyecta el polvo.
• Electroforesis: Se carga positivamente el polvo en la pistola.

Tratamiento por Conversión

Anodizado

Consiste en la formación de una capa de óxido o hidróxido del metal a recubrir mediante la polarización anódica adecuada de la pieza en un baño apropiado.

Fosfatado

Conversión de una superficie metálica en un fosfato. Esta capa mejora la adherencia de la pintura y la deformación en frío, además de aumentar la resistencia a la corrosión.

Defectos de los Tratamientos Superficiales

Los defectos pueden ser de composición química, aspecto, espesor, continuidad de la capa e interacciones revestimiento-sustrato.

Criterios de Selección de Tratamientos Superficiales

Procedimiento de selección:

• Determinación del modo de degradación.
• Selección de una primera lista de tratamientos adaptados a dicho modo.
• Selección de los tratamientos superficiales en función de la naturaleza del sustrato.
• Comparación de las características.
• Elección final.

Factores a considerar:

• Disponibilidad del proceso.
• Resistencia a la corrosión.
• Resistencia al desgaste.
• Coste de los tratamientos de superficie.
• Rango de espesor en cada tratamiento.
• Poder de penetración (espesor de capa).
• Distorsión o cambios de tamaño.