lunes, 4 de mayo de 2009

Tratamientos superficiales y especiales

1. Introduccin.

La superficie de una pieza despus de su elaboracin ya sea por

deformacin plstica o por arranque de viruta tiene el aspecto

indicado en la siguiente figura:

La parte externa muestra el material deformado por la

herramienta de corte o matriz de forma. La capa deformada

puede contener contaminantes procedentes de los aceites de

corte, polvo, virutas o capa de xido.

En aplicaciones industriales las imperfecciones superficiales o

rugosidad y los contaminantes hacen necesario tratar la superficie

metlica con el fin de evitar fenmenos de friccin, desgaste,

corrosin y/o fatiga.

La ingeniera de superficies es una nueva disciplina que trata las

tcnicas o procedimientos clsicos y modernos en los

tratamientos superficiales y recubrimientos de los materiales.

Desde tratamientos termoqumicos tradicionales, tecnologas de

vaco (PVD y eVO), haces de iones o tecnologas lser y plasma,

entre otras.

En los tratamientos superficiales se modifica la composicin y la

estructura superficial del material. Mientras que los

recubrimientos adicionan un material diferente sobre la superficie

a proteger. En ambos casos se incrementa la resistencia de la

superficie del material para incrementar su vida en servicio,

retardando fenmenos como la fatiga, oxidacin o desgaste.

- Recubrimiento. Deposicin de una capa dura sobre la pieza a

tratar.

- Recubrimientos por conversin. Formacin de capas

superficiales de xido, fosfatos o cromados que protegen al

material de la corrosin. Los ms empleados son el anodinado

(del aluminio y titanio), pavonado, fosfatado y cromatado.

- Recubrimiento por chapado. La proteccin del metal base se

realiza mediante lminas que lo protegen frente a la corrosin. El

acero se recubre con chapas de acero inoxidable, latn, nquel y

cobre. La aplicacin de las lminas se realiza por laminacin

conjunta del metal base y del recubrimiento.

- Tratamiento termoqumico. La superficie de la pieza tratada es

modificada qumicamente por la adicin de carbono o nitrgeno

que aumenta la dureza. Los tratamientos trmicos posteriores

endurecen la superficie.

- Temple superficial. La superficie de la pieza es calentada

rpidamente hasta el estado austentico a una profundidad

controlada y es enfriada rpidamente. Se endurece un espesor

determinado manteniendo el ncleo con las mismas

caractersticas iniciales. Se distingue el temple a la llama o

flameado y el temple por induccin.

- Deposicin por inmersin. La superficie a endurecer es

recubierta por capas duras de espesor controlado por

procedimientos electrolticos. La pieza a recubrir acta como

con la tecnologa de

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Este es el blog de apoyo del mdulo "Materiales y metalurgia de la soldadura" para el curso 2008/2009. Espero que os guste y que os sirva de ayuda para seguir el mdulo.

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ctodo y el material de aportacin como nodo.

- Metalizacin. Consiste en aportar el material de recubrimiento

sobre la pieza a tratar mediante su aportacin por medio de una

pistola de pulverizacin. La pistola proyecta el material en estado

fundido.

- Endurecimiento por deformacin plstica. La deformacin

plstica confiere acritud al material conformado.

- Deformacin plstica superficial. La proyeccin de granallas o

bolas a elevada velocidad sobre la superficie de la pieza la

endurece por deformacin plstica.

- Pinturas. Recubrimiento en forma de capas finas formadas por

la aplicacin de un polvo en suspensin sobre una mezcla lquida

que al evaporarse o por reaccin forma la capa impermeable y

adherente que decora y protege al material base.

- Recubrimiento por CVD (Chemical Vapour Deposition).

Deposicin de recubrimientos duro por deposicin del material en

fase vapor a temperaturas cercanas a los 1000C. Seguido por un

tratamiento trmico en vaco segn el tipo de material. Las capas

obtenidas son duras y adherentes.

- Recubrimiento por PVD (Physical Vapour Deposition). Es la

deposicin fsica de materiales duros a temperaturas de entre 200

y 500C. Se emplea en el recubrimiento de herramientas de

corte.

2. Endurecimiento por deformacin plstica (en fro y en

caliente).

La deformacin plstica, ya sea en fro o en caliente, provoca el

endurecimiento del metal tratado por el incremento de la

densidad de dislocaciones. El tratamiento trmico de recocido

permite eliminar o modificar la acritud causada por la

deformacin plstica y controlar el grado de dureza final del

material.

En la anterior figura se observan las primeras tres etapas en la

conformacin de tornillos por deformacin plstica y se ve la

variacin de las propiedades mecnicas con el trabajo en frio. La

ductibilidad disminuye con la deformacin plstica en fro

mientras que la dureza y la resistencia aumentan.

En los procesos de fabricacin mecnica en los que se produce la

conformacin por deformacin plstica se controlan las

propiedades finales del producto por la combinacin de

deformacin y recocido.

En un ensayo de traccin uniaxial, cuando se sobrepasa el lmite

elstico y la probeta es descargada, acumula cierta deformacin

plstica permanente adems de endurecerse por acritud. Si

despus de la deformacin la probeta vuelve a cargarse

uniaxialmente, se observa que el lmite elstico y la resistencia a

la traccin son ms altos y el metal tiene menor ductilidad. As,

los procesos de deformacin plstica acumulan dureza y fragilidad

al deformar el material.

El coeficiente de acritud depende de la estructura cristalina por

definir el nmero de planos de fcil deslizamiento de las

dislocaciones. As, los metales con estructuras hexagonal

compacta (HC) tienen menor coeficiente de acritud, le siguen los

metales con estructura cbica centrada en el cuerpo (BCC) y los

mejores son los metales con estructura cbica centrada en las

caras (FCC). Esta es la razn por la que el grado de deformacin

y de endurecimiento admitido por distintos metales no es igual.

El porcentaje de trabajo en frio sufrido en la conformacin se

determina en funcin de la relacin porcentual de las reas

iniciales y finales de la pieza procesada. (Tema 1. Ductibilidad).

La deformacin plstica en fro tiene ventajas muy beneficiosas

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para las piezas conformadas. Se tienen excelentes acabados

superficiales y buenas tolerancias dimensionales al mismo tiempo

que el proceso es relativamente econmico. Sin embargo, la

ductilidad, conductividad y resistencia a la corrosin disminuyen

con el trabajo en fro.

La mayora de las piezas conformadas por deformacin plstica

en fro adquieren acritud y un gran endurecimiento. Por ello, en la

mayora de los casos deben tratarse trmicamente con un

recocido contra acritud. El recocido regula el endurecimiento y

otras propiedades adquiridas durante la deformacin. Se realiza

en tres etapas:

a) Recuperacin. Se efecta a bajas temperaturas y elimina las

tensiones internas que adquiere el material durante su

conformacin. Recupera la conductividad.

b) Recristalizacin. A temperaturas mayores. Elimina por

completo el endurecimiento por disminuir la densidad de

dislocaciones.

c) Crecimiento de grano. Se produce a mayor temperatura.

El trabajo en caliente permite realizar grandes deformaciones

plsticas sin fragilizar al material. En este procedimiento se

combinan los efectos endurecedores de la deformacin y los

efectos del ablandamiento por la temperatura.

Los materiales superplsticos pueden estirarse grandes

magnitudes sin sufrir estriccin ni rotura durante su conformado.

Es el caso de la aleacin eutctica estao-plomo, algunos aceros

inoxidables y ciertas aleaciones de titanio.

3. Tratamientos termoqumicos de los metales

Los tratamientos termoqumicos son procedimientos normalizados

en los que adems de practicar calentamientos y enfriamientos se

modifica la composicin qumica superficial de las piezas tratadas

por la adicin de carbono, nitrgeno, azufre, etc.

La modificacin de la composicin qumica superficial de la pieza

se realiza para conseguir superficies duras y mejorar su

comportamiento al desgaste y a la penetracin. Al ser

tratamientos que nicamente modifican la capa exterior de las

piezas tratadas, el ncleo no se ver modificado y ser tenaz.

Los principales tratamientos termoqumicos son la cementacin,

nitruracin, cianuracin, carbonitruracin y sulfinuzacin.

- Cementacin. Consiste en adicionar carbono a la superficie de la

pieza a tratar a temperaturas superiores a la crtica Ac3. Se aplica

a aceros hipoeutectoides (bajo contenido de carbono) y se

consiguen incrementos de dureza superficial y muy buena

tenacidad en el ncleo despus de practicar la difusin de los

tomos de carbono y practicar un temple. La martensita obtenida

en la superficie por el incremento de carbono que permite

desplazar las curvas TTT hacia la derecha, mientras que en el

ncleo la penetracin del temple es prcticamente nula.

- Nitruracin. El endurecimiento se produce por la difusin de

nitrgeno a la capa superficial de la pieza tratada a temperaturas

cercanas a los 520C. Se consigue elevada dureza superficial y

excelente resistencia a la corrosin.

- Cianuracin. Es un procedimiento mixto (cementacin +

nitruracin), puesto que el endurecimiento superficial se produce

por la difusin simultnea de carbono (como en la cementacin) y

nitrgeno (como en la nitruracin), a elevadas temperaturas

(500-900C). De este modo se consiguen superficies resistentes

al desgaste y a la corrosin.

- Carbonitruracin. Se trata de un procedimiento semejante al

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anterior (adicin de carbono y nitrgeno) para mejorar las

propiedades superficiales de resistencia al desgaste y corrosin,

pero la forma de practicarlo es diferente. Mientras que en la

cianuracin se realiza en atmsferas gaseosas, en la

carbonitruracin se practica en baos de cianuro.

- Sulfinuzacin. Se introduce en la superficie de la pieza a tratar

carbono, nitrgeno y elevadas concentraciones de azufre por

procedimientos de difusin en baos a temperaturas cercanas a

las 570C. El objeto del tratamiento consiste en mejorar la

resistencia al desgaste sin aumentar apreciablemente la dureza y

favoreciendo la lubricacin.

Existen otros procedimientos como la silizacin (silicio),

boruracin (boro), cementacin de metales (zinc, aluminio,

cromo, estao, cobalto, molibdeno, titanio, etc.), sherardizacin

(zinc), calorizacin (aluminio) y cromizacin (cromo), entre otros.

3.1. Cementacin

Es un tratamiento termoqumico que permite obtener piezas con

gran resistencia superficial y ncleo tenaz en los aceros de entre

0,10 y 0,20% de carbono.

Consiste en adicionar carbono a la superficie de la pieza a tratar

mediante procedimientos de difusin a temperaturas de

austenizacin. La adicin de carbono provoca el incremento de

ste, en la capa superficial de la pieza, por lo que despus de la

cementacin, se practica un temple obteniendo de esta forma

superficies duras y resistentes al desgaste, junto con buena

ductilidad y resiliencia del ncleo.

La pieza a tratar con bajo contenido de carbono recibe por

procesos difusivos el carbono procedente del agente de

carburizacin a temperaturas comprendidas entre los 850 y los

950C. La penetracin del carbono en la estructura austentica del

acero se mejora con el tratamiento a elevada temperatura donde

el carbono tiene mayor solubilidad en la austenita. Mayores

temperaturas y tiempos consiguen difusiones ms profundas con

espesores ms grandes de la capa cementada. El temple

posterior mantiene el ncleo tenaz y la superficie dura.

La cementacin puede practicarse de diferentes formas en

funcin del tipo de cementante empleado (slido, lquido y

gaseoso) y puede practicarse varios tratamientos trmicos al

finalizar la cementacin en funcin de la composicin del acero

tratado (de baja, media y alta aleacin).

Los factores que deben tenerse en cuenta al practicar una

cementacin son la composicin del acero a cementar, los tipos

de cementantes utilizados, la temperatura de cementacin

seleccionada y los tiempos empleados para provocar la difusin

de los tomos de carbono.

Composicin del acero a cementar. Los aceros ms empleados

son los de bajo contenido de carbono (inferior a 0,30% C).

Tambin se emplean aceros aleados con cromo, nquel y

molibdeno. Los elementos de aleacin desplazan las curvas TTT

hacia la derecha aumentando la templabilidad y facilitando al

mismo tiempo el temple en aceite y en piezas de espesor

considerable. Los aceros de alta aleacin con ms de un 5% de

elementos de aleacin aumentan mucho ms la templabilidad por

lo que se emplean en piezas de gran volumen.

Tipos de cementantes. El cementante debe difundir carbono a la

superficie de la pieza en estado atmico.

Pueden utilizarse cementantes slidos (cementantes Caron),

cementantes lquidos (cianuro sdico, cloruro brico, cloruro

sdico y carbonato sdico), y cementantes gaseosos (metano,

propano y butano como gas activo y xidos de carbono, nitrgeno

e hidrgeno como gas portador). Los tipos de cementacin son:

- La cementacin slida se realiza en un horno con el cementante

Caran (60% carbn vegetal y un 40% de carbonato de bario),

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que rodea la pieza a cementar. El conjunto se introduce en una

caja con cierre para evitar la entrada directa del fuego.

- En la cementacin gaseosa (carburizacin al gas) se hace

circular un gas sobre la pieza a calentar.

- La cementacin lquida o por inmersin consiste en introducir la

pieza a tratar en un bao caliente de sal de cianuro. El cianuro

puede liberar nitrgeno obtenindose un doble efecto, la

carburizacin y la nitruracin.

Temperatura de cementacin. La temperatura de cementacin

debe estar comprendida entre la Ac3 (por encima de la

temperatura crtica) y los 1000C. Las altas temperaturas

favorecen el proceso de difusin debido a que incrementa la

movilidad y energa de los tomos favoreciendo la migracin de

los mismos, sin embargo, el incremento descontrolado de la

temperatura puede provocar el sobrecalentamiento y el

incremento del tamao de grano.

Tiempo de cementacin. El tiempo de cementacin influye en el

espesor de la capa cementada. Mayores tiempos de contacto con

el cementante conseguir capas de espesor mayor. Debe tenerse

en cuenta que la relacin tiempo-espesor no es lineal sino

parablica, lo que nos indica que a medida que transcurre el

tiempo el espesor de la capa crecer de forma ms lenta debido a

la saturacin de tomos de carbono en la capa de la pieza

tratada.

3.2. Nitruracin

Es un procedimiento de endurecimiento superficial donde el

elemento a difundir es el nitrgeno. La absorcin de ste por

parte del acero se produce cuando el acero contiene los

elementos de aleacin adecuados que permiten formar nitruros

de gran dureza. Los principales elementos de aleacin son el

aluminio, el cromo y el vanadio.

La nitruracin se realiza a temperaturas cercanas a los 550C en

atmsfera gaseosa de amoniaco (NH3) durante un perodo de

entre 25 y 100 horas en funcin del espesor de la capa requerida.

A esas temperaturas, el gas de amonaco (NH3) se disocia y

libera nitrgeno atmico capaz de difundir en el hierro. El

nitrgeno al combinarse con los elementos de aleacin forma

nitruros que dan elevada dureza.

Mediante la nitruracin se consiguen los siguientes efectos:

a) Capas superficiales duras sin necesidad de tratar trmicamente

a la pieza despus de la difusin.

b) Las capas creadas son resistentes al desgaste y con bajo

coeficiente de rozamiento.

c) Ausencia de deformacin superficial, grietas u otros defectos

por no tener tensiones residuales en las piezas.

Los efectos conseguidos permiten emplear la nitruracin en

piezas que requieran capas duras, resistentes al desgaste y con

buen coeficiente de rozamiento como son engranajes, cigeales

y herramientas de metrologa.

En la nitruracin deben tenerse en cuenta cuatro factores:

composicin qumica del acero, propiedades del agente

nitrurante, temperatura y tiempo de exposicin.

Composicin qumica del acero. Los aceros que admiten

nitruracin deben contener elementos de aleacin como el

aluminio, vanadio y cromo, ya que el nitrgeno forma nitruros

con ellos e incrementa sustancialmente su dureza.

Agente nitrurante. El amonaco (NH3) es el responsable de la

produccin de nitrgeno atmico que difunde en el acero. El

caudal del gas y la temperatura son factores a tener en cuenta.

Temperatura y tiempo. La temperatura de descomposicin del

amoniaco es de 525C. Temperaturas mayores pueden

descomponer los nitruros formados y eliminar la dureza

conseguida. Los tiempos de nitruracin dependen de la

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profundidad de la capa deseada. Diez horas de tratamiento

produce una capa nitrurada de aproximadamente 0,1 mm.

3.3. Carbonitruracin

Es otro procedimiento de endurecimiento superficial cuyo objeto

es obtener capas duras y resistentes por la adicin superficial de

carbono y nitrgeno. Puede considerarse un tratamiento mixto de

cementacin y nitruracin y podra compararse con la

cementacin lquida.

El proceso se realiza a temperaturas comprendidas entre 660 y

860C en atmsferas de hidrocarburos, amonaco y xidos de

carbono. La difusin del carbono y nitrgeno y el tratamiento

trmico de temple posterior permite obtener excelentes

propiedades superficiales.

3.4. Cianuracin

Es la creacin de una capa superficial rica en nitrgeno y carbono

por la difusin de estos elementos de un bao lquido. El bao es

una mezcla de cloruro, cianuro y carbonato sdico y la

temperatura del proceso est comprendida entre 800 y 900C.

Despus de la difusin del nitrgeno y del carbono se templan las

piezas tratadas y el incremento de la dureza obtenido es debido a

la transformacin martenstica superficial y no a la formacin de

nitruros. El nitrgeno se disuelve en la austenita y disminuye la

temperatura de inicio de transformacin martenstica (Ms),

favoreciendo la templabiliad y necesitando enfriamientos menos

energticos (aire).

3.5. Sulfinizacin

El tratamiento termoqumico se produce por la creacin de una

capa superficial rica en azufre, nitrgeno y carbono. La capa

sulfinuzada (rica en azufre) no incrementa la dureza superficial de

la pieza pero mejora su resistencia al desgaste y lubricacin

evitando fallos como el gripado de los elementos mviles.

El desgaste de las capas superficiales provoca que la capa rica en

azufre no sea eliminada sino que migre hacia el ncleo de la pieza

manteniendo sus propiedades de forma permanente. Se emplea

en el tratamiento de herramientas de corte y en todas aquellas

aplicaciones que estn sometidas a desgaste continuo.

3.6. Otros procedimientos

Otros tratamientos termoqumicos que introducen elementos por

difusin en la superficie de las piezas son la silizacin, boruracin,

sherardizacin y cromizacin, entre otros.

4. Tratamientos termoqumicos de los metales

Son tratamientos trmicos que afectan nicamente a la superficie

de la pieza tratada, dejando el ncleo intacto con la estructura y

las propiedades iniciales.

Con el temple por induccin y el temple a la llama se obtienen

piezas de elevada dureza superficial (hasta 6 mm de

profundidad), elevada resistencia a la fatiga y al desgaste,

manteniendo el ncleo flexible y dctil, pues no llega a

endurecerse durante el tratamiento.

Permite endurecer zonas delimitadas de una pieza, dejando el

resto sin tratar. As se templan engranajes, cigeales y

semiejes.

4.1. Temple por induccin

Utiliza un inductor formado por varias espiras de cobre que

adoptan la forma de la zona a templar (circular, cuadrada, etc.).

Por el inductor pasa una corriente de alta frecuencia (100-500000

Hz.), que por las corrientes inducidas de Foucoult, calienta a

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elevada temperatura la zona seleccionada de la pieza.

Se pueden realizar calentamientos muy rpidos a elevadas

temperaturas acortando el tiempo de temple. Para ello se

requieren aceros con microestructuras que permitan que los

carburos puedan disolverse rpidamente en la austenita, ya que

en estos casos la difusin es ms rpida. Los carburos deben ser

pequeos y estar homogeneamente repartidos por toda la

estructura. Es tpico de los aceros hipoeutectonides (0,4 - 0,5%

C) normalizados o recocidos, con estructura formada por perlita y

ferrita.

Los aceros con carburos grandes no son apropiados para el

temple por induccin ya que necesitan temperaturas de ms de

150C por encima de AC3 para poder disolverlos en la austenita y

obtener una estructura uniforme previa al enfriamiento. Las altas

temperaturas a las que debe llevarse la superficie de la pieza

provocan el crecimiento de grano austentico y la obtencin,

despus del enfriamiento, de estructuras bastas de martensita y

austenita retenida no transformada.

La dureza de la capa templada depende del porcentaje de

carbono superficial del acero. Se emplean aceros de 0,4 y 0,5% C

a los que previamente se les ha realizado un bonificado o

normalizado. Despus del temple por induccin las piezas deben

ser revenidas a 200C para minimizar el tensionado de la

martensita.

4.2. Temple a la llama o endurecimiento por flameado

Es un procedimiento de endurecimiento por temple superficial

aplicado a aceros (0,3% y 0,6% C) y fundiciones que se realiza

calentando la superficie mediante una llama oxiacetilnica y

enfriando rpidamente.

Se emplea en grandes piezas o estructuras por el movimiento de

uno o varios sopletes y enfriando con chorros de agua, aire o por

inmersin en baos de agua o aceite.

Se obtienen capas templadas ms profundas y duras que en los

tratamientos termoqumicos y muy parecidas a las de temple por

induccin. Los espesores templados dependen del tiempo en que

la llama se encuentra sobre la superficie de la pieza, de la

composicin qumica, de la forma de la pieza, de la templabilidad

del acero y del medio de enfriamiento. La profundidad del temple

depende de la intensidad de la llama, el tiempo de calentamiento

y el tamao de la pieza. Pueden obtenerse espesores de hasta 6

milmetros.

Al igual que en el temple por induccin, despus debe realizarse

un revenido a 200C para disminuir la dureza y aumentar la

tenacidad.

Se emplea en los casos en los que se desea endurecer una

superficie especfica de una pieza sin afectar a otras ni al ncleo.

Tambin en los casos en que las piezas, por su tamao, no

puedan introducirse en un horno y realizarse un tratamiento

msico.

Uno de los principales problemas es la falta de adherencia entre

la capa exterior dura y el ncleo. La transicin brusca entre las

capas puede provocar desconchamientos por falta de adhesin.

Para evitarlo se emplean aceros con menos de 0,6% C. Cuando

se aplica en aceros aleados se obtiene mayor penetracin del

temple y menor variacin de dureza entre el ncleo y la

superficie.

Uno de los principales problemas es la falta de adherencia entre

la capa exterior dura y el ncleo. La transicin brusca entre las

capas puede provocar desconchamientos por falta de adhesin.

Para evitarlo se emplean aceros con menos de 0,6% C. Cuando

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se aplica en aceros aleados se obtiene mayor penetracin del

temple y menor variacin de dureza entre el ncleo y la

superficie.

En la siguiente figura se observa una instalacin automtica para

la realizacin del flameado o temple a la llama. En la primera

operacin el soplete oxiacetilnico calienta la pieza. En la segunda

de las etapas se enfra mediante un chorro de agua. En la

segunda figura se produce el calentamiento y enfriamiento

simultneamente durante el desplazamiento de la pieza a tratar.

5. Preparacin de las superficies

La preparacin previa de las superficies es una etapa bsica antes

de crear el recubrimiento protector. Las operaciones previas son

el desengrasado y decapado.

Desengrasado y decapado. El desengrasado es un procedimiento

que elimina los residuos grasos procedentes del proceso de

mecanizacin (aceites de corte y lubricantes). Se emplean

disolventes orgnicos como el tricloroetileno y el percloroetileno y

un rociado final con agua a presin.

El decapado es una operacin mecnica realizada por la accin de

un abrasivo con la que se pretende eliminar la capa de xido

superficial de las piezas tratadas o el resto de anteriores

recubrimientos. Los procedimientos empleados son qumicos,

mecnicos y electrolticos. El decapado qumico se realiza por

inmersin de las piezas en cido sulfrico o clorhdrico diluido. El

decapado electroltico elimina el xido superficial de las piezas

cuando stas actan como nodos en un electrolito de cido

sulfrico. El ltimo de los procedimientos, el decapado mecnico

emplea distintos tipos de muelas o telas abrasivas de dureza y

tamao de grano variable. Como abrasivos ms importantes el

corindn y el carburundo.

Arenado. Es otro procedimiento de eliminacin de xido

superficial que consiste en la proyeccin de partculas abrasivas

de pequeo tamao de grano a elevada velocidad sobre la pieza a

tratar con el fin de eliminar la capa de xido superficial y mejorar

la resistencia a la fatiga. Las partculas proyectadas de grano fino

son de almina, slice o corindn.

Shot Peenig o granallado. El objeto del granallado es doble. Se

consigue eliminar la capa de xido superficial adems de

incrementar la resistencia a la fatiga de la pieza tratada.

6. Recubrimientos por conversin

Formacin de capas superficiales de xido, fosfatos o cromados

que protegen al material de la corrosin. Los ms empleados son

el anodizado (del aluminio y titanio), pavonado, fosfatado y

cromatado.

Anodizado. Tratamiento por el que se genera una capa protectora

y estable de xido sobre la superficie de la pieza tratada con

objeto de protegerla frente a la oxidacin e incrementar su

resistencia al desgaste. Se aplica a aluminio, titanio, magnesio y

zinc.

El proceso consiste en colocar el metal a tratar en una cuba de

electrlisis conectado al polo positivo (nodo), como polo

negativo (ctodo) un material inerte en una disolucin inica y la

participacin de una corriente elctrica.

El anodizado mejora las propiedades fsicas y qumicas de la

superficie tratada. Se incrementa la dureza superficial, la

resistencia a desgaste y a la abrasin. Adems la capa creada es

resistente a agentes qumicos y atmosfricos.

En el aluminio la capa de xido producida es dura y adherente y

se obtiene por tratamiento electroltico donde el aluminio acta

como nodo en una disolucin electroltica cida (cido sulfrico o

crmico). La capa de xido admite ser coloreada.

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Una variante es el anodizado duro que se realiza en las mismas

condiciones que procedimiento habitual pero en este caso se

emplean temperaturas inferiores a los 0C y elevadas densidades

de corriente. La capa obtenida es ms gruesa y resistente.

Pavonado. Tratamiento por el que se deposita una capa de

cloruros o sulfuros metlicos sobre la superficie de la pieza a

recubrir con el objeto de mejorar su respuesta frente a la

oxidacin.

En los aceros la capa formada es de xido ferroso-frrico (Fe304

y Fe203) de color azul-negro. El tratamiento se realiza en baos

de sales fundidas oxidantes (nitrato sdico) a temperaturas

comprendidas entre 250 y 400C.

Fosfatado. Tratamiento por el que se obtiene una capa de fosfato

sobre la superficie de la pieza a proteger adems de ofrecer

excelente facilidad de adhesin a pinturas.

El fosfatado se realiza por la inmersin del acero en solucin de

cido fosfrico, nitrato de cinc y otras sales a temperaturas y

tiempos establecidos segn el proceso. La capa generada es

anticorrosiva y admite el pintado posterior. Se emplea como

tratamiento de acabado en carroceras de automviles.

Cromatado. Se obtiene una capa de xido de cromo pasiva sobre

la superficie de la pieza a proteger resistente a la corrosin. Se

mejora la adherencia y la resistencia a la corrosin adems de

dar un acabado decorativo. Es un procedimiento de conversin

econmico y rpido, pero se emplea cada vez menos por sus

efectos contaminantes y cancergenos.

7. Recubrimientos por inmersin

La pieza a recubrir se sumerge en un bao con el metal protector

fundido. El espesor de la capa recubierta es de entre 0,01 y 0,1

mm y la adherencia es buena. Se emplean principalmente el

galvanizado y el estaado. En ambos casos el metal protector

tiene un punto de fusin relativamente bajo.

Tanto en el galvanizado (capa de cinc) como en el estaado (capa

de estao) la pelcula o capa creada sobre el material a proteger

tiene dos zonas. La exterior o superficial est compuesta por el

metal protector prcticamente puro. La zona interior o en

contacto con el metal base estar formada por un compuesto

intermetlico generado por la difusin de tomos del metal

protector sobre el metal base.

Galvanizado. Consiste en recubrir el hierro o acero con una capa

de cinc. El proceso se realiza por inmersin de la pieza a recubrir

en un bao de cinc caliente en estado fundido a unos 450C. El

cinc es andico respecto del hierro por lo que el acero queda

protegido frente a la corrosin atmosfrica y agua aunque la capa

de recubrimiento no sea homognea.

El recubrimiento conseguido por el galvanizado presenta una

excelente adherencia porque el cinc se alea con el acero base. La

proteccin frente a la corrosin conseguida incrementa la vida en

servicio de las piezas tratadas hasta 8 aos ms sin necesidad de

mantenimiento y en condiciones atmosfricas adversas. El tiempo

de proteccin es proporcional al espesor de la capa y el tipo de

atmsfera.

Las ventajas del galvanizado frente a otros tratamientos se deben

a la excelente tenacidad del recubrimiento ya que el cinc se une

al acero base por la formacin de una capa de aleacin cinc-

hierro. El recubrimiento es resistente al choque y a la abrasin.

La proteccin anticorrosiva se debe a su accin catdica frente al

hierro y no es necesario que el acero quede completamente

recubierto para su proteccin catdica. Adems admite soldadura

y pintura.

Estaado. El recubrimiento generado sobre la superficie de la

pieza a proteger es de estao. El proceso se realiza por inmersin

de la pieza a recubrir en un bao caliente de estao fundido. El

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estaado mejora el comportamiento de las superficies tratadas

frente a la corrosin atmosfrica y las disoluciones acuosas

neutras.

Emplomado. El recubrimiento generado sobre la superficie de la

pieza a proteger est formado por una aleacin plomo-estao ya

que el plomo puro no forma aleacin con el hierro y dificulta su

adhesin metalrgica.

Aluminizado. El recubrimiento es de aluminio y se emplea en la

proteccin del acero. Es resistente a la corrosin y ofrece un buen

aspecto superficial.

El procedimiento de inmersin del acero en aluminio es posterior

a la deposicin inicial de una capa de cinc o estao que mejora la

adherencia del aluminio y evita la oxidacin del material base.

8. Recubrimientos electrolticos

Tambin denominados tratamientos galvnicos. Producen una

pelcula protectora de nquel, cobre, cromo o cinc de entre 0,001

y 0,01 milmetros sobre la pieza a proteger actuando sta como

ctodo y el metal protector como nodo en un electrolito con

elevada concentracin del metal en forma de sulfatos o cianuro.

Los principales tratamientos son el cincado, niquelado, cromado,

cobreado y cadmiado.

Cincado. Permite obtener un recubrimiento electroltico de cinc

sobre las superficies de la pieza a proteger. El cinc ofrece una

excelente resistencia a la corrosin, acabado uniforme y brillante.

La pieza a proteger se sumerge en un electrolito de sulfato de

cinc y cloruro amnico actuando como ctodo y el cinc, metal

protector, actuando como nodo. El hierro recubierto con cinc

queda protegido por tener menor potencial electroqumico de

forma que se corroer y el hierro permanecer inalterado.

Niquelado. El recubrimiento electroltico se realiza con nquel y las

piezas a recubrir pueden ser de hierro, acero, cobre, aluminio y

latn. Se obtienen capas resistentes a la corrosin y con acabado

brillante y uniforme. El electrolito empleado en el niquelado es el

sulfato de nquel, cido brico y cloruro de nquel. En ocasiones

se recubren las piezas con cobre (cobreado) para crear una cada

fina, homognea y proteger el metal base de la corrosin despus

de depositar nquel.

Cromado. El cromo es el metal empleado como recubrimiento.

Confiere mayor dureza que el nquel y el cinc al mismo tiempo

que presenta una excelente resistencia a la corrosin con

espesores de capa de 0,001 milmetros.

La pieza a recurrir acta como ctodo inmerso en un electrolito

formado por una solucin de cido crmico y sulfrico diluido. El

cromo acta como nodo. Para una mejor adherencia del cromo

se suelen niquelar las piezas previamente.

Cromado duro. Se realiza de forma semejante al cromado pero

con densidades de corriente y temperaturas del electrolito

mayores. Se obtienen mayores espesores de la capa (0,05 a 0,1

milmetros) y mejores propiedades.

El cromado duro confiere mayor dureza, gran resistencia al

desgaste y excelente resistencia a la corrosin. Adems, las

piezas tratadas pueden ser mecanizadas por rectificado

ajustndose a las tolerancias de fabricacin y pueden ser pulidas

para obtener acabados con textura, mates o brillantes.

Cobreado. Se emplea cobre como recubrimiento en un electrolito

formado por una solucin de sulfato de cobre y cido sulfrico.

Como ctodo la pieza a proteger y como nodo cobre puro. El

cobreado se realiza para preparar las superficies antes de realizar

el niquelado y para proteger las superficies de las piezas de acero

que deban someterse a tratamientos termoqumicos como la

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cementacin, nitruracin, cianuracin, etc.

9. Recubrimientos por metalizacin

Tcnica de recubrimiento por deposicin, por proyeccin de un

metal en estado lquido sobre la superficie del material a

proteger. La proyeccin se realiza despus de llevar al material

protector por encima de su temperatura de fusin y proyectarlo a

elevada velocidad sobre la pieza. La solidificacin posterior

genera el recubrimiento. Como metal protector puede emplearse

cinc, plomo y aluminio.

El pulverizador est formado por un soplete encargado de fundir

el material de recubrimiento y una fuente impulsora (aire

comprimido). En funcin del procedimiento de fusin y del medio

de proyeccin se distinguen varias tcnicas de metalizacin por

proyeccin: proyeccin a la llama, proyeccin por arco elctrico y

proyeccin por plasma.

Con los recubrimientos por metalizacin se mejora la resistencia a

la corrosin y al desgaste. Adems se utiliza para recargar piezas

desgastadas y mejorar el aspecto decorativo superficial.

10. Recubrimientos superficiales modernos

Se distinguen tcnicas ms sofisticadas de recubrimientos

superficiales de entre las que se destacan: CVD o Deposicin

Qumica en Vapor, PVD o Deposicin Fsica en Vapor, HVOF o la

proyeccin trmica a elevada velocidad, la proyeccin por plasma,

el tratamiento superficial con lser y el bombardeo inico.

CVD o Deposicin Qumica en Vapor. Deposicin de recubrimiento

duro por deposicin del material en fase vapor a temperaturas

cercanas a los 1000C. Seguido por un tratamiento trmico en

vaco segn el tipo de material.

Se consiguen recubrimientos de elevada dureza, adherentes, de

espesores comprendidos entre 5 y 10 m. La principal aplicacin

es el recubrimiento de herramientas de deformacin plstica en

fro.

PVD o Deposicin Fsica en Vapor. Es la deposicin fsica de

materiales duros a temperaturas inferiores al CVD comprendidas

entre 200 y 500C. Se emplea en el recubrimiento de

herramientas de arranque de viruta y estampacin.

El recubrimiento se realiza por la evaporacin de la aleacin o

metal a depositar y su deposicin sobre la superficie a recubrir.

Se emplean dos tcnicas de evaporacin: la evaporacin por arco

elctrico y el pulverizado o sputtering. La primera tcnica genera

capas adherentes y duras mientras que la segunda crea

recubrimientos de baja rugosidad.

El recubrimiento es estable dimensionalmente. Mejora la

resistencia al desgaste abrasivo, adhesivo y a la corrosin.

HVOF o la proyeccin trmica a elevada velocidad. Permite

obtener un recubrimiento mediante la proyeccin de partculas en

estado fundido a elevada velocidad. Para ello se hacen reaccionar

dos gases (comburente: oxgeno y combustible: propano)

generando una onda de combustin exotrmica donde los gases

pueden alcanzar velocidades muy elevadas y temperaturas de

hasta 3000C.

La reaccin de los gases se realiza dentro de una pistola de

proyeccin, en la zona de combustin. Una chispa elctrica

provoca la ignicin de los gases dentro de la pequea zona de

combustin incrementando la presin y evacuando los gases a

elevada velocidad por el can de proyeccin.

Las temperaturas alcanzadas en HVOF son menores que en otros

procesos (Plasma) por lo que permite proyectar materiales que

puedan degradarse trmicamente. La alta velocidad garantiza una

buena adherencia, baja porosidad y elevada densidad de la

pelcula recubierta.

La proyeccin trmica se emplea cuando es necesario mejorar las

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propiedades superficiales de piezas que estn sometidas a

desgaste, oxidacin o corrosin.

La proyeccin por plasma. La proyeccin por plasma permite

crear un recubrimiento sobre el substrato del material a proteger

mediante la proyeccin de un material protector a elevada

temperatura.

Los materiales empleados en la proyeccin por plasma son muy

variadas, desde metales y aleaciones, cermicas e incluso

plsticos.

La tcnica consiste en proyectar el material en forma de material

fundido sobre la superficie a proteger mediante el empleo de una

llama es estado plasmtico (12500C). El material fundido

solidifica sobre el substrato a proteger y por la elevada velocidad

de impacto genera un recubrimiento compacto.

La generacin de la llama plasmtica se realiza en una pistola

(pistola de proyeccin por plasma) en la que se hacen pasar un

gas inerte (argn o nitrgeno) por un arco elctrico generado

entre dos electrodos. El gas, debido al arco elctrico, se disocia

transformndose en in y electrones muy energticos (llama

plasmtica).

El material protector se introduce en la pistola en forma de polvo

y es acelerado, fundido y proyectado por el haz plasmtico sobre

la superficie a recubrir.

Tratamiento superficial con lser. El lser se emplea como medio

de calentamiento selectivo pues permite irradiar pequeas

superficies en pocos segundos, llevndolas al estado austentico y

templando por enfriamiento rpido posterior.

El temple por lser permite obtener superficies duras y

resistentes capaces de soportar fatiga y desgaste.

Bombardeo inico. El bombardeo inico de superficies consiste en

acelerar iones y hacerlos impactar sobre la superficie del material

a tratar.

Los iones son tomos a los que se les ha arrancado uno o ms de

sus electrones y quedan cargados elctricamente, imprescindible

para poder acelerarlos mediante campos magnticos.

Publicado por Pedro Amigo Carceller en 3:06

1 comentario:

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oryctes 3 de noviembre de 2010, 11:05

OwO Muy buen trabajo tio ^^ gracias por el interesante aporte

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