Procesos de Acabados Superficiales

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL TECNOLOGIA INDUSTRIAL II CICLO I / 2017

Título: Proceso de acabado superficiales.

Alfaro Cañenguez, Keneth José

TC14001

Castaneda Hernández, Rodrigo Efraín

CU13002

Chávez Mercado, Carlos Rodrigo

CM14012

Colorado Navarrete, Efraín Isaías

CN15006

Portillo Sánchez, Jazmin Abigail

PS14007

Facilitador: Ing. Benítez Alemán

Ciudad Universitaria, viernes 2 de junio del 2017

Índice

Introducción………………………………………………………………..i Objetivos…………………………………………………………………...ii Alcances y limitaciones…………………………………………………..iii Procesos de acabados superficiales……………………………………1 Rugosidad superficial…………………………………………………….4 Procesos de fabricación………………………………………………...10 Procesos de fabricación especiales……………………………………12 Tratamientos térmicos…………………………………………………...13 Tratamientos superficiales………………………………………………14 Limpieza mecánica y preparación de superficie……………………...18 Procesos de recubrimiento y deposición………………………………23 Recubrimientos galvánicos y procesos afines………………………..24 Deposición física y de vapor……………………………………………30 Conclusiones …………………………………………………………….42 Bibliografía………………………………………………………………..43

Introducción

Uno de los aspectos más importantes dentro del proceso proyectual de productos lo constituye la elección idónea de los acabados superficiales tanto desde el punto de vista de la captación del usuario(marketing), como de la resistencia y durabilidad en el medio en que serán empleados los productos. Para mayor objetividad se han clasificado los acabados superficiales en: físico-químicos, orgánicos y por último los inorgánicos con una variedad tan grande que van desde materiales metálicos hasta los cerámicos, cuyo uso va en aumento cada día gracias a las modernísimas tecnologías de plasma iónico e implantación por proyección. La selección de los acabados superficiales requiere de un estudio bien detallado de las condiciones de explotación y uso de cada producto. Este estudio debe formar parte del proyecto desde su fase más primaria: cómo va a ser empleado, en qué medio ambiente funcionará, qué tipos de contactos tendrá con el usuario el producto, qué interacción tendrá el producto a diseñar con otros productos, son algunas de las incógnitas a resolver. El uso de los acabados superficiales, sea consciente o inconscientemente viene al mundo desde las primitivas formas de vida de los animales y en particular del hombre. Si partimos de la definición general de que “el acabado superficial es todo proceso conducente a modificar y/o mejorar las propiedades de los cuerpos entonces queda claro y justificado el uso del mimetismo o camuflaje en los animales, sus capas gruesas de pelo y grasa para protegerse del frío, las poderosas y resistentes corazas metálicas para combatir entre los guerreros antiguos y hasta los colores brillantes y llamativos para la atracción de sexos en muchas especies. En el trabajo nos proponemos dar a conocer los principales tipos de acabados superficiales desde el punto de vista técnico, es decir, aquellos donde el hombre conscientemente ha incursionado, por cuanto desde el punto de vista económico y social deberá proteger sus recursos, así como, lanzar al mercado sus productos con un mínimo de competitividad.

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Objetivos

Objetivo General Al finalizar la lectura y comprensión del documento el lector tendrá los conocimientos básicos acerca de los acabados superficiales. Esto con el objetivo de proporcionar valiosas herramientas de diseño y aplicarlas para obtener productos de gran calidad. Dentro de los conocimientos que el lector adquirirá se encuentran: las definiciones y desarrollos de rugosidad, medidas generales, simbología y por último la importancia que tienen todos estos en la ingeniería. Objetivos específicos Aprender sobre el término acabado, así como también los diferentes tipos de acabados como es el de lima, torno, fresadora, desbaste abrasivo, esmerilado, lapeado, moleteado, pulido y bruñido entre otros. Saber sobre procesos químicos y electroquímicos que serían como el anodizado, electropulido, pasivación y muchos otros más. Indicar un acabado superficial que viene siendo como un recubrimiento, tal sería el caso del cromado, niquelado o cobreado. Mencionar que hay acabados galvanizados, pavonados y pasivazos que se realizan por medio de procesos electroquímicos Explicar, además, que se añade lo que es rugosidad y como se mide la rugosidad. Detallar los distintos tipos de acabados para si en un futuro se necesita una pieza saber cómo se realiza ese tipo de acabado

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Alcances y Limitaciones



El presente estudio explora la clasificación sobre los principales acabados superficiales.



La investigación abarca únicamente al tipo de acabados referente a la industria manufacturera.



Con la investigación se busca ver el comportamiento de ciertas variables con respecto al acabado.

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Marco teórico 1.

Procesos de acabados superficiales

ACABADOS Es un proceso de fabricación empleado en la manufactura cuya finalidad es obtener una superficie con características adecuadas para la aplicación particular del producto que se está manufacturando; esto incluye mas no es limitado a la cosmética de producto. En algunos casos el proceso de acabado puede tener la finalidad adicional de lograr que el producto entre en especificaciones dimensionales. Antiguamente, el acabado se comprendía solamente como un proceso secundario en un sentido literal, ya que en la mayoría de los casos sólo tenía que ver con la apariencia del objeto u artesanía en cuestión, idea que en muchos casos persiste y se incluye en la estética y cosmética del producto. En la actualidad, los acabados se entienden como una etapa de manufactura de primera línea, considerando los requerimientos actuales de los productos. Estos requerimientos pueden ser:  

     

Estética: El más obvio, que tiene un gran impacto sicológico en el usuario respecto a la calidad del producto. Liberación o introducción de esfuerzos mecánicos: Las superficies manufacturadas pueden presentar esfuerzos debido a procesos de arranque de viruta, en donde la superficie se encuentra deformada y endurecida por la deformación plástica a causa de las herramientas de corte, causando esfuerzos en la zona superficial que pueden reducir la resistencia o inclusive fragilizar el material. Los acabados con remoción de material pueden eliminar estos esfuerzos. Eliminar puntos de iniciación de fracturas y aumentar la resistencia a la fatiga: Una operación de acabado puede eliminar micro fisuras en la superficie. Nivel de limpieza y esterilidad: Una superficie sin irregularidades es poco propicia para albergar suciedad, contaminantes o colonias de bacterias. Propiedades mecánicas de su superficie Protección contra la corrosión Rugosidad Tolerancias dimensionales de alta precisión.

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ACABADOS SUPERFICIALES Las superficies de las piezas al definir la separación del cuerpo del medio exterior o ser la parte por la que se unen a otras requieren un estudio cuidadoso ya que de su estado puede depender tanto el funcionamiento, como el rendimiento de una máquina o mecanismo, la duración, e incluso sus posibilidades de venta, al presentar un aspecto mas o menos atractivo. Como consecuencia de lo anterior es necesario establecer en los planos de proyecto y fabricación los requerimientos tecnológicos a aplicar sobre las superficies para hacer que el producto que se está diseñando o construyendo responda a las condiciones de funcionamiento y duración esperadas, todo ello dentro de un precio competitivo. Representando el acabado superficial una parte importante del costo de producción de una pieza, la elección de los procedimientos adecuados para la satisfacción de los requerimientos funcionales adquiere una gran importancia y se hace necesario para el proyectista tener conocimiento de los sistemas de acabados y de los métodos empleados, para satisfacer cada una de las necesidades a cubrir Los objetivos funcionales a cumplir por una superficie se pueden clasificar en: Protectores  

Resistencia a la oxidación y corrosión Resistencia a la absorción

Decorativos 

Mejora del aspecto

Tecnológicos   • • • • •

Disminución o aumento del rozamiento Resistencia al desgaste, con los consiguientes beneficios de: Mantenimiento de juegos Facilidad de intercambiabilidad Resistencia a la fatiga Reflectividad Prevención de gripado Mejorar la soldabilidad Conductividad o aislamiento eléctrico

Para dar satisfacción a estos aspectos funcionales se actúa bajo el punto de vista de la superficie en dos sentidos, definiendo: a) el acabado (rugosidad superficial); b) los tratamientos y recubrimientos a aplicar sobre ellas, siendo por tanto la secuencia de trabajo, la realización de: 1. Producción de la superficie 2

2. Limpieza y preparación 3. Recubrimientos

TIPOS DE SUPERFICIES



Superficies de apoyo. Tienen contacto con otras partes fijas. Sirven de apoyo para el mecanismo.



Superficies funcionales. Estas se encuentran en movimiento con otras superficies y tienen deslizamiento relativo.



Superficies libres. No tienen contacto con otras superficies y cumplen con una función estética. Se les puede señalar como bastas.

Para determinar la rugosidad de una superficie se utiliza un rugosimetro, que determina electrónicamente el perfil del material en una sección transversal con respecto a la direccion de las estrías. Algunos conceptos de la consignación de anomalías en los dibujos técnicos. 

Superficie real. Superficie obtenida después de la produccion de la pieza.



Superficie geométrica. Superficie sin imperfecciones dada por el diseñador.

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Superficie efectiva. Se aproxima a la superficie real a partir de mediciones con instrumentos. Corresponde más al departamento de control de calidad.



Perfil real. Curva obtenida como intersección de la superficie real general mente perpendicular a esta.



Perfil geométrico. Intersección de la superficie geométrica con un plano general mente perpendicular a este.



Perfil efectivo. Intersección de la superficie efectiva con un plano general mente perpendicular a este. Este perfil se mede con un rugosimetro (mencionado anteriormente).

La rugosidad superficial se calcula como la media aritmética de las desviaciones respecto a la línea media del perfil. Para ello se fija una magnitud, denominada longitud básica, donde actuara el rugosimetro. 3

De esta forma, se determina la rugosidad (Ra) como la media aritmética de las desviaciones expresadas en valor absoluto. Expresión que puede aproximarse mediante 2.

RUGOSIDAD SUPERFICIAL

Las superficies de las piezas en los dibujos se representan con líneas uniformes, sin embargo como consecuencia de los defectos originados por los procesos de fabricación con máquinas herramientas con o sin arranque de viruta, distan de esa uniformidad presentando irregularidades que será necesario estudiar y controlar para que la pieza cumpla con la función para la que se crea. El origen de los distintos defectos puede establecerse de la siguiente forma: a) Geométricos: consecuencia de las deformaciones de las bancadas de las máquinas o juegos de las mismas. Su naturaleza hace que solo pueda actuarse para evitarlos cambiando la máquina. b) Ondulaciones; consecuencia de vibraciones producidas por desequilibrios, flexiones de las herramientas, falta de homogeneidad del material, máquinas o paso de vehículos próximos, etc. La actuación sobre estos factores es difícil de forma directa, aunque en alguno, como por ejemplo las flexiones, pueden disminuirse reduciendo el voladizo de las herramientas o la distancia entre apoyos de las piezas. c) Rugosidad; consecuencia de la fragmentación del material por la acción de las herramientas de corte. Su magnitud se puede controlar actuando sobre la geometría de la propia herramienta, el avance, profundidad y velocidad de corte y naturalmente sobre el propio material. Los sistemas de indicación de los requerimientos de estados superficiales han sido varios, remontándonos a especificaciones antiguas y que todavía pueden verse e muchos planos en producción, se utilizaban las designaciones de las superficies con uno, dos, tres o cuatro triángulos, con el siguiente significado:    

Un triángulo; las huellas de mecanizado son apreciables al tacto y a simple vista. Dos triángulos; las huellas de mecanizado son difícilmente apreciables al tacto y se siguen apreciando a la simple vista. Tres triángulos; las huellas de mecanizado no son apreciables al tacto y difícilmente a simple vista. Cuatro triángulos; las huellas de mecanizado no son apreciables al tacto ni a simple vista. 4

Como puede deducirse de estas definiciones, la apreciación del estado superficial es totalmente subjetivo porque dependerá de las condiciones físicas del observador y por tanto solo se puede considerar como un procedimiento meramente de orientación. Para establecer un lenguaje común para especificar en los documentos técnicos, la norma UNE 82-315-86 (ISO 4287/1-1984) define los términos de rugosidad superficial. La norma UNE 82-301-86 (ISO 468-1982), establece los parámetros, tipos de dirección de las irregularidades superficiales y las reglas generales para la determinación de la rugosidad, aplicables a aquellos materiales y métodos que puedan asegurar los límites establecidos en esta norma. La norma UNE 1-037-83 (ISO 1302) especifica los símbolos e indicaciones complementarias de los estados superficiales a utilizar en los dibujos técnicos. Un resumen de las partes más significativas y conceptos descritos en las mismas se presenta a continuación. Superficie real: superficie que limita el cuerpo y lo separa del medio que lo rodea Superficie geomética: Superficie ideal cuya forma nominal está definida por el dibujo Perfil transversal: perfil resultante de la intersección de una superficie con el plano normal perpendicular a la dirección de las irregularidades Línea de referencia: Línea con relación a la cual se determinan los parametros de medida Longitud básica, l: Longitud de la línea de referencia utilizada para separar las irregularidades que forman la rugosidad superficial. Longitud de evaluación ln: longitud utilizada para determinar los valores de los paramentos de rugosidad superficial. Puede comprender una o más longitudes básicas. Desviación (diferencial del perfil, y: distancia entre el punto del perfil y la línea de referencia siguiendo la dirección de la medida. Línea media de los mínimos cuadrados o simplemente línea media m: línea de referencia cuya forma es la del perfil geométrico y que divide al perfil de forma que dentro de la longitud básica, la suma de los cuadrados de las desviaciones (diferencias) a partir de esta línea es mínima.

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Línea media aritmética del perfil o simplemente línea central: Línea de referencia que tiene la forma del perfil geométrico paralela a la dirección general del perfil dentro de la longitud básica y que divide al perfil de tal forma que la suma de las áreas comprendidas entre ella y el perfil es igual (figura 6). Se utiliza para la determinación gráfica de la línea media de mínimos cuadrados, cuando el perfil tiene una periodicidad perceptible es única.

Sistema de la línea media: Sistema de cálculo utilizado para evaluar los parámetros de rugosidad superficial cuando una línea media definida se toma como línea de referencia. Irregularidad del perfil: Cresta del perfil y valle adyacente, entendiendo como cresta la parte de perfil dirigida hacia el exterior y que une dos intersecciones consecutivas de éste con la línea media y valle lo mismo hacia el interior. Rugosidad superficial: Conjunto de las irregularidades superficiales de paso relativamente pequeño, correspondiente a las huellas dejadas en la superficie real por el procedimiento de elaboración u otras influencias.

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3. PROCESOS DE FABRICACION Procesos para mecanizado del material La fabricación de piezas mediante arranque de viruta se consigue a partir del mecanizado de su superficie, lo que puede realizarse por varios procedimientos, entre ellos: Fresado Arranque de viruta mediante la acción de una herramienta con dientes de filos cortantes, denominada fresa, que gira alrededor de su eje, pudiendo actual tangencial o frontalmente respecto a la superficie mecanizada

Fresado tangencial y frontal. Torneado Se denomina así al procedimiento de fabricación para el que se emplea la máquina– herramienta considerada como fundamental, el torno. Con ella se pueden realizar múltiples operaciones, aunque la más importante es el torneado o fabricación de piezas de revolución.

Esquema de un torno

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Taladrado Consiste en la perforación de una pieza, parcial (taladro ciego) o totalmente (taladro pasante), mediante una herramienta llamada broca. La broca gira alrededor de su eje de revolución a la vez que se desplaza en la dirección del mismo. Aserrado. Procedimiento de fabricación que consta de una herramienta de acero denominada sierra, dotada de un movimiento alternativo longitudinal, con la cual se consigue cortar chapas y planchas. También se puede realizar este tipo de cortes con un soplete oxiacetilénico. Por otra parte, los procedimientos de fabricación sin arranque de viruta tienen la particularidad de que moldean o forjan el material sin arrancar parte del mismo. Entre estos procedimientos de fabricación podemos destacar: Fundición. Consiste en rellenar un molde o modelo negativo de la pieza a fabricar con metal fundido. Una vez enfriado el metal se procede al desmoldeo para obtener la pieza deseada. Según el tipo de molde utilizado diferenciamos el moldeo en arena, moldeo en molde metálico o coquilla (fundición mediante inyección de metal fundido a presiones de 25–50 atmósferas), y moldeo a la cera o resina perdida. Forja. Consiste en la conformación de la pieza mediante golpes o prensado, calentándola previamente para facilitar la operación. Dentro de la forja podemos diferenciar: — Forja manual o libre. Conformación de la pieza a través de mazo y yunque. — Forja en estampa. Consiste en utilizar una prensa que consta de estampa y contra estampa. La estampa o matriz, que actúa como yunque, contiene el vaciado correspondiente a la forma de la pieza, mientras la contra estampa o martillete, que actúa como mazo, golpea la estampa, prensando el material previamente calentado para mejorar su fluidez, de forma que éste rellena el vaciado de la matriz.

3.Esquema de maquina laminadora

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Laminado. Se emplea en la obtención de perfiles laminados de gran longitud en relación a su sección transversal. Por ejemplo, es muy utilizado en la fabricación de perfiles resistentes de construcciones agroindustriales metálicas (perfiles IPN, UPN, etc.). La laminadora es una máquina que consta de dos arboles horizontales y paralelos en los que se acoplan sendos cilindros simétricos que dejan una zona libre con la forma requerida por el perfil. Generalmente el proceso precisa de varias pasadas por diferentes trenes de laminado, de forma que se logre una transición gradual de la pieza en basto al perfil de diseño. Extrusionado. Operación consistente en obligar a pasar por un orificio de forma predeterminada a un material o metal en estado fluido. La indicación en los dibujos técnicos de la rugosidad superficial de diseño se lleva a cabo mediante la asignación del valor numérico de máxima rugosidad tolerada. Si no se disponen unidades se supone que dicho valor se expresa en micrómetros. 4.

PROCESOS DE FABRICACIÓN ESPECIALES

En algunas ocasiones es necesario especificar algunas características o exigencias adicionales para la ejecución de una determinada superficie. Estas características deben consignarse sobre un trazo horizontal dispuesto a partir del trazo más largo del símbolo básico. Procesos de fabricación o acabado superficial especiales. Rectificado. Operación cuyo objetivo es conseguir un excelente acabado superficial. Aunque puede realizarse con fresa o torno, el mejor grado de calidad se consigue con la herramienta denominada muela, constituida por granos de material abrasivo cementados con una substancia cerámica. Bruñido. Su objeto es obtener una superficie con una rugosidad muy pequeña. Generalmente se emplea en el acabado de piezas de precisión, realizando el afinado mediante una muela recubierta de piel. Rasqueteado. Es una operación realizada de forma manual con una herramienta llamada rasquete, que sirve para alisar y mejorar la calidad de dos superficies funcionales que van a estar en contacto. Moleteado. Operación consistente en tallar sobre una parte de una pieza una serie de estrías que la hacen más rugosa. Se usa para asegurar el agarre del mango o empuñadura de una pieza o herramienta.

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El moleteado se consigue con una herramienta denominada moleta, de material más duro que la pieza a grabar, que se presiona sobre la zona a moletear. La forma del moleteado puede ser recta (paralela a las generatrices del cilindro; figura 4), oblicua (líneas helicoidales) o cruzada (líneas helicoidales de paso contrario; figura 4).

4. Aplicación de moleteados cruzados y rectos Limado. Rebaje de una superficie practicado con una herramienta llamada lima. Escariado. Operación realizada con un escariador cuyo objetivo es la mejora de la calidad superficial de taladros cilíndricos. 5.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Son operaciones de acabado superficial cuyo objetivo primordial es generalmente aumentar la dureza del material y resistencia al desgaste, facilitar su mecanizado y/o conferirle algunas propiedades específicas. Templado. Fuerte calentamiento de una pieza de acero, seguido de un enfriamiento. La temperatura alcanzada y la rapidez del enfriamiento dependen de la calidad del acero y de la dureza perseguida. Revenido. Tratamiento térmico posterior al templado que intenta limitar la presencia de grietas debidas al enfriamiento rápido. Suele dar una mayor tenacidad al acero. Las operaciones de templado y revenido son práctica habitual en la fabricación de herramientas de acero. Recocido. Consiste en elevar la temperatura del hierro o del acero para continuar con un enfriamiento lento. Facilita el posterior mecanizado de la pieza. 13

Cementado. Operación compleja basada en un tratamiento térmico del hierro o del acero para añadirle alguna substancia que mejore básicamente su dureza. Un ejemplo podría ser la aplicación de un cemento carburante. Recubrimientos o revestimientos. Se emplean para proteger al material de la pieza de agentes externos agresivos, mejorando su resistencia al desgaste y corrosión. También pueden tener como objetivo la capacitación de la pieza para ciertas fundiciones específicas, por ejemplo, la de aislamiento eléctrico. Según el material con el que se recubra la superficie podemos hablar de niquelado (Ni), cromado (Cr), estañado (Sn), etc. En estos casos la operación de revestimiento consiste en un galvanizado mediante baño electrolítico. El esmaltado, cuyo objetivo fundamental es la protección y mejora de la estética de una pieza, se consigue mediante la aplicación de una capa de esmalte y su posterior vitrificación en horno. 6.

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES.

LIMPIEZA Y TRATAMIENTOS DE SUPERFICIES Revisaremos un conjunto de procesos industriales que se ejecutan sobre las superficies de las piezas: 1) la limpieza química, 2) la limpieza mecánica y los tratamientos de superficie relacionados y 3) la difusión y la implantación de iones. Generalmente muchas piezas deben limpiarse una o más veces durante la secuencia de manufactura. Se usan procesos químicos y mecánicos para realizar esta limpieza. Los métodos de limpieza química emplean productos para remover sustancias no deseadas en las superficies de las piezas de trabajo, tales como grasas y suciedad. La limpieza mecánica implica la remoción de sustancias de la superficie mediante operaciones mecánicas de diversos tipos. Estas operaciones con frecuencia tienen otras funciones, como remover rebabas, aumentar la tersura, agregar lustre y mejorar las propiedades de las superficies. Otros procesos que mejoran las propiedades de las superficies son la difusión y la implantación de iones. Estos procesos impregnan las superficies de trabajo con átomos de un material ajeno para alterar la química de las superficies y cambiar sus propiedades físicas. Por lo tanto, las funciones principales de los procesos que se analizaran son la limpieza de la superficie de trabajo y el mejoramiento de sus propiedades. LIMPIEZA QUÍMICA 14

Una superficie común está cubierta con diversas películas, grasas, suciedades y otros contaminantes. Mientras que algunas de estas sustancias pueden operar en una

forma benéfica (tal como la película de óxido en el aluminio), generalmente es necesario remover los contaminantes de las superficies. Algunas razones importantes por las que deben limpiarse las piezas o los productos manufacturados son: 1) preparar la superficie para un procesamiento industrial posterior, tal como la aplicación de recubrimiento o el pegado; 2) mejorar las condiciones de higiene para los trabajadores y los clientes; 3) remover contaminantes que pudieran reaccionar químicamente con la superficie; y 4) mejorar el aspecto y el rendimiento del producto. Consideraciones generales en la limpieza No puede usarse un método único para todas las tareas de limpieza. De la misma forma que en el hogar se requieren diferentes jabones y detergentes para distintas labores (lavado de ropa, de platos, pulimento de ollas, limpieza de la bañera, etc.), también se requieren distintos métodos para solucionar diferentes problemas de limpieza en la industria. Los factores importantes en la selección de un método de limpieza son: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

el contaminante que se va a remover, el grado de limpieza requerido, los materiales de sustratos que se van a limpiar, el propósito de la limpieza, los factores ambientales y de seguridad, el tamaño y la geometría de la pieza y los requerimientos de producción y de costos.

En las superficies de las piezas se acumulan diversos tipos de contaminantes, ya sea debido a un procesamiento anterior o al ambiente de la fábrica. Para seleccionar el mejor método de limpieza, primero se debe identificar el tipo de contaminante. Los contaminantes de superficies que se encuentran en la fábrica por lo general se dividen en una de las siguientes categorías: 1) grasa y aceite, entre los cuales están muchos lubricantes usados en el procesado de metales, 2) partículas sólidas tales como virutas de metal, pulimentos abrasivos, suciedad, polvo y materiales similares, 3) compuestos para abrillantado y pulimento, y 4) películas o capas de óxidos y herrumbre. 15

El grado de limpieza se refiere a la cantidad de contaminante que queda después de una operación de limpieza determinada. Las piezas que se preparan para aceptar un recubrimiento (por ejemplo, una película de pintura o metálica) o adhesivo deben estar muy limpias, de lo contrario, se pone en riesgo la adhesión del material de recubrimiento. En otros casos, puede ser conveniente que la operación de limpieza deje un residuo en la superficie de la pieza para protegerla contra la corrosión durante el almacenamiento, es decir, se sustituye un contaminante en la superficie por otro que es benéfico. Con frecuencia es difícil medir el grado de limpieza en una forma cuantificable. La prueba más simple es el método de frotado, en el cual se frota la superficie con una tela limpia blanca y se observa la cantidad de manchas que absorbe la tela. Es una prueba no cuantitativa, pero sencilla. Otra técnica simple es la prueba de disolución del agua, en la cual se vierte agua en la superficie y se observa la cantidad de gotas. Si una película continua de agua cubre la superficie, esto indica que está libre de grasas y otra suciedad similar; si se forman gotas de agua, esto indica una superficie sucia. Una prueba más cuantitativa implica la aplicación a la muestra de varias soluciones de diferentes tensiones de superficie. El nivel de tensión de superficie en el cual ocurren las gotas es una medida de la limpieza.

Debe considerarse el propósito de la operación de limpieza. Algunos métodos son convenientes en la preparación de una superficie para pintura, en tanto que otros son mejores para recubrimientos galvánicos. La protección ambiental y la seguridad del trabajador se vuelven cada vez más importantes en los procesos industriales. Deben seleccionarse los métodos de limpieza y los materiales químicos asociados para evitar la polución y los riesgos a la salud. Otros factores que deben considerarse son el tamaño y la geometría de las piezas, así como la economía del método de limpieza en la producción. Procesos de limpieza química La limpieza química usa diversos tipos de productos para realizar la remoción de contaminantes de la superficie. Los principales métodos de limpieza química son: 1) 2) 3) 4) 5)

limpieza ácida limpieza alcalina, limpieza por emulsión, limpieza con solventes, y limpieza ultrasónica.

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Limpieza química con ácido: La limpieza con ácido remueve grasas y óxidos ligeros de las superficies de metal mediante remojo, aspersión, aplicación con pincel o limpieza manual. El proceso se realiza a temperaturas ambiente o elevada. Los fluidos de limpieza comunes son soluciones de ácidos combinadas con solventes mezclables en agua, agentes humectantes y emulsionantes. La diferencia entre la limpieza con ácido y el baño químico con ácido es una cuestión de grados. El baño químico con ácido implica un tratamiento más severo para remover óxidos, herrumbre y capas ligeras de óxidos; generalmente produce algún ataque químico de la superficie metálica, que sirve para mejorar la adhesión de la pintura orgánica. Limpieza alcalina: Éste es el método de limpieza industrial de uso más difundido. Como lo indica su nombre, la limpieza alcalina emplea un álcali para remover aceites, grasa, cera y diversos tipos de partículas (residuos metálicos, silicio, carbono y capas ligeras de óxido) de una superficie metálica. En general, la aplicación es mediante inmersión o aspersión, a temperaturas de 50 a 95 °C. Después de la aplicación de la solución alcalina, se usa un enjuague con agua para remover los residuos de álcalis. Las superficies metálicas que se limpian mediante soluciones alcalinas normalmente están recubiertas galvanicamente o por conversión. La limpieza electrolítica, también denominada electro limpieza, es un proceso relacionado en el cual se aplica una corriente directa de 3 a 12 V a una solución de limpieza alcalina. La acción electrolítica provoca la generación de burbujas de gas en la superficie de las piezas, lo que produce una acción de frotación que ayuda a la remoción de películas de suciedad tenaces. Hay tres tipos de limpieza electrolítica:

1) electro limpieza anódica, en la cual la pieza de trabajo se carga positivamente y la acción de frotación se produce por medio de la liberación de oxígeno en la superficie de la pieza; 2) electro limpieza catódica, en la cual la pieza se carga negativamente y se libera hidrógeno en la superficie de la pieza; y 3) electro limpieza periódica inversa, en la cual se invierte la polaridad varias veces durante la acción de limpieza. Limpieza con emulsión: La limpieza con emulsión utiliza solventes orgánicos (aceites) dispersos en una solución acuosa. El uso de emulsionantes convenientes (jabones) produce un fluido de limpieza en dos fases (aceite en agua), que funciona mediante la disolución o emulsión de la suciedad en la superficie de la pieza. El proceso se usa sobre piezas metálicas o no metálicas. Después de la limpieza con 17

emulsión debe hacerse una limpieza alcalina para eliminar todos los residuos del solvente orgánico antes de aplicar el recubrimiento galvánico. Limpieza con solventes: En la limpieza con solventes, la suciedad orgánica, como el aceite y la grasa, se remueve de una superficie metálica mediante productos químicos que la disuelven. Las técnicas de aplicación comunes incluyen la limpieza manual, la inmersión, la aspersión y el desengrasado con vapor. Un importante proceso industrial, el desengrasado con vapor, usa vapores calientes de solventes de cloruro o de fluoruro para remover aceites, grasas y otra suciedad de las piezas. El equipo consiste en un tanque abierto que contiene un solvente calentado por la parte inferior y una zona de enfriamiento cerca de la pieza superior, como en la fig. 1. En la parte inferior del tanque se hace hervir el solvente mediante calor de vapor, los vapores que se generan durante la ebullición se condensan en la superficie fría de la pieza, disolviendo el aceite y la grasa. Los condensadores en espiral alrededor del tanque evitan que el vapor escape del envase. La exposición al vapor caliente eleva la temperatura de la pieza hasta que terminan la condensación y la limpieza, cuando ésta termina se remueve la pieza del tanque y se deja secar.

FIGURA 1. Desengrase con vapor. 7.

LIMPIEZA MECÁNICA Y PREPARACION DE SUPERFICIES

La limpieza mecánica implica la remoción física de suciedad, capas de óxido ligeras o películas de la superficie de trabajo de la pieza, mediante abrasivos o acciones mecánicas similares. Los procesos usados para limpieza mecánica tienen frecuentemente funciones adicionales a la limpieza, tales como la remoción de virutas y el mejoramiento del acabado de la superficie. Acabado con perdigones

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El acabado a chorro usa el impacto a alta velocidad de medios con partículas para limpiar y dar un acabado a la superficie. El más conocido de estos métodos es la limpieza con chorro de arena, que usa pulimentos de arena (SiO2) como medio de limpieza; sin embargo, también se utilizan otros medios que incluyen abrasivos duros

como el óxido de aluminio (Al203) y el carburo de silicio (SiC), y medios suaves tales como glóbulos de nylon y cáscaras de nuez trituradas. El medio se impulsa a la superficie objetivo mediante aire a presión o fuerza centrífuga. En algunas aplicaciones, el proceso se ejecuta en húmedo, en el cual se dirigen hacia la superficie partículas finas en una pasta fluida bajo presión hidráulica. Roto tamboreado y otros acabados masivos El roto tamboreado, el acabado vibratorio y otras operaciones similares comprenden un grupo de procesos de acabado que se han llegado a conocer como métodos de acabado masivo. Los acabados masivos implican el acabado de piezas en forma global mediante una acción de mezcla dentro de un contenedor, generalmente en presencia de un medio abrasivo. La mezcla provoca que las piezas se froten contra el medio y entre sí para obtener la acción de acabado deseada. Los métodos de acabado masivo se usan para remover virutas, quitar ligeras capas de óxido, retirar rebabas, pulir, uniformar las curvaturas, bruñir y limpiar. Las piezas incluyen troqueles, colados, forjados, extrusiones y piezas maquinadas. Algunas veces también se someten plásticos y piezas cerámicas a estas operaciones de acabado masivo para obtener los resultados deseados. Por lo general, las piezas procesadas mediante estos métodos son pequeñas y no es económico darles acabado en forma individual. Procesos y equipo: Los métodos de acabado masivo incluyen e roto tamboreado, el acabado vibratorio y varias técnicas que utilizan fuerza centrífuga. El roto tamboreado (tumbling en inglés), también denominado acabado en tambor, implica el uso de un tambor orientado en forma horizontal con una sección transversal hexagonal u octagonal, en el cual se mezclan las piezas rotándolo a velocidades de 10 a 50 rev/min. El acabado se realiza mediante una acción de desprendimiento del medio abrasivo y las piezas conforme gira el tambor. Como se muestra en la fig. 2, el contenido se eleva en el tambor debido a la rotación, a lo que le sigue un descenso en la capa superior causado por la gravedad. Este ciclo de ascenso y descenso ocurre en forma continua y, con un tiempo mayor, somete a todas las piezas a la misma operación de acabado deseada.

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FIGURA 2. Diagrama de la operación de rotado en tambor que muestra la acción de desprendimiento de las piezas y los medios abrasivos para dar acabado.

Sin embargo, debido a que sólo la capa superior de las piezas recibe el acabado en cualquier momento, este proceso es relativamente lento en comparación con otros métodos de acabado masivo. Con frecuencia se requieren varias horas de rotado en tambor para terminar el proceso. Otras desventajas son los altos niveles de ruido y los grandes espacios que se requieren para realizarlo. Medios: Los medios son los abrasivos y otros tipos de materiales que realizan la acción de acabado sobre las piezas. La mayoría de los materiales son abrasivos; sin embargo, algunos realizan operaciones de acabado no abrasivas, tales como la remoción de virutas y el endurecimiento de las superficies. Los medios pueden ser materiales naturales o sintéticos. Los medios naturales incluyen el corindón, el granito, la piedra caliza e incluso la madera dura. El problema con estos materiales es que, generalmente, son más suaves (por lo tanto se desgastan con mayor rapidez) y su tamaño no es uniforme (además, en ocasiones se atoran con las piezas de trabajo). Los medios sintéticos pueden hacerse con mayor consistencia, tanto en tamaño como en dureza. Estos materiales incluyen Al2O3 y SiC, los cuales se compactan en una forma y tamaño deseados usando un material adhesivo tal como una resina de poliéster. Estos medios tienen formas de esferas, conos, cilindros con corte en ángulo y otras formas regulares, como se indica en la fig. 3(a).

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FIGURA 3. Formas comunes de medios preformados que se usan en operaciones de acabado masivo: (a) medios abrasivos para acabado y (b) medios de acero para bruñido. También se usa el acero como un medio de acabado masivo en formas, como las que se muestran en la fig. 3(b) para bruñido, endurecimiento de superficies y operaciones

de remoción de virutas ligeras. Las formas que se aprecian en la figura son de distintos tamaños. La selección de los medios se basa en el tamaño y la forma de las piezas, así como en los requerimientos de acabado. DIFUSIÓN E IMPLANTACION IÓNICA En esta sección analizamos dos procesos en los cuales la superficie de un sustrato se impregna con átomos ajenos que alteran sus propiedades. Difusión La difusión implica la alteración de las capas de superficie de un material mediante átomos difusores de un material diferente (por lo general, un elemento) dentro de la superficie El proceso tiene importantes aplicaciones en la metalurgia y en la manufactura de semiconductores. El proceso de difusión impregna las capas de superficie del sustrato con el elemento ajeno, pero la superficie todavía contiene una alta proporción del material del sustrato. En la fig. 4 se ilustra un perfil común de la composición, como una función de la profundidad bajo la superficie para una pieza metálica recubierto por difusión. La característica de una superficie impregnada por difusión es que el elemento difundido tiene un porcentaje máximo en la superficie y rápidamente declina con la distancia bajo la superficie.

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FIGURA 4. Perfil de características de un elemento difundido como una función de la distancia bajo la superficie, en la difusión. La gráfica que se presenta es para carbono difundido dentro de hierro.

Aplicaciones metalúrgicas del recubrimiento por difusión: La difusión se usa para alterar la química de superficie de los metales en diversos procesos y tratamientos. Una aplicación importante es el endurecimiento de superficies, por lo común mediante los métodos de carburación, nitruración, carbo nitruración, cromado y borizado. En estos tratamientos se difunden uno o más elementos (C, y/o Ni, Cr, o Bo) dentro de las superficies de hierro o acero. El propósito principal de la química de superficie alterada es aumentar la dureza y la resistencia al desgaste. Además del endurecimiento de superficies, el cromado también mejora la resistencia a la corrosión. Hay otros procesos por difusión en los cuales los objetivos principales son la resistencia a la corrosión y/o la resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Los dos ejemplos importantes son el aluminizado y el siliconizado. El aluminizado también se conoce como calorizing, e implica la difusión de aluminio dentro del carbono acero, aleaciones de aceros y aleaciones de níquel y cobalto. El tratamiento se obtiene mediante la difusión por empaque o un método de pasta fluida. El siliconizado es un tratamiento de acero en el cual se difunde silicio dentro de la superficie de la pieza a una profundidad de 0,4 a 0,8 mm; esto crea una capa con buena resistencia a la corrosión y al desgaste y modera la resistencia al calor. El tratamiento se realiza mediante el trabajo de calentamiento de polvos de carburo de silicio (SiC) en una atmósfera que contiene vapores de tetracloruro de silicio (SiCI4). El siliconizado es menos común que el aluminizado. Implantación iónica La implantación iónica es una alternativa para la difusión cuando este último método no es factible. El proceso implica incorporar átomos de uno o más elementos ajenos en una superficie de sustrato, usando un haz de alta energía de partículas ionizadas. El resultado es una alteración de las propiedades químicas y físicas de las capas cerca de la superficie de sustrato. La penetración de átomos produce una capa alterada mucho más delgada que la difusión, como se señala en la comparación de las figs. 4 y 5. Asimismo, el perfil de concentración del elemento impregnado es diferente a la capa de difusión característica.

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FIGURA 5. Perfil de la química de superficie según recibe un tratamiento mediante implantación de iones. Aquí se muestra una gráfica común para boro implantado en silicio. Observen la diferencia en la forma y profundidad del perfil de la capa alterada, en comparación con el recubrimiento por difusión de la fig. 4. Entre las ventajas de la implantación iónica están: 1) procesamiento a baja temperatura, 2) buen control y capacidad de reproducir la profundidad de penetración de las impurezas y 3) es posible exceder los límites de solubilidad sin precipitaciones de exceso de átomos. La implantación de iones es un buen sustituto en aplicaciones para ciertos procesos de recubrimiento, en donde sus ventajas incluyen: 4) no hay problemas con la disposición de residuos, como en los electro recubrimientos galvánicos y muchos procesos de recubrimiento y 5) no hay discontinuidad entre el recubrimiento y el sustrato. Las aplicaciones principales de la implantación de iones son la modificación de superficies metálicas para mejorar las propiedades y la fabricación de dispositivos semiconductores. 8. PROCESOS DE RECUBRIMIENTO Y DEPOSICION Los productos hechos de metal casi siempre están recubiertos, con pintura, recubrimientos galvánicos u otros procesos. Las razones principales para recubrir un metal son: 1) proporcionar protección contra la corrosión del sustrato; 2) mejorar el aspecto del producto, por ejemplo, para proporcionar un color o textura especificados; 3) aumentar la resistencia al desgaste y reducir la fricción de la superficie; 4) mejorar la conductividad eléctrica; 5) aumentar la resistencia eléctrica; 6) preparar una superficie metálica para un procesamiento posterior y 7) reconstruir las superficies gastadas o erosionadas durante el servicio. 23

FIGURA 6. Vista del corte de un recubrimiento de grosor d en una superficie de sustrato, característica de los procesos en este capítulo. En ocasiones los materiales no metálicos también se recubren. Algunos ejemplos son: 1) piezas plásticas recubiertas para darles un aspecto metálico; 2) recubrimientos antirreflejantes que se aplican comúnmente a lentes de cristales ópticos; y 3) ciertos procesos de recubrimiento y deposición se usan en la fabricación de chips semiconductores y tableros de circuitos impresos. La característica común de estos procesos es que todos producen un recubrimiento separado sobre la superficie del material de sustrato, como en la fig. 6. Se debe obtener una buena adhesión entre el recubrimiento y el sustrato, y para que esto ocurra la superficie del sustrato debe estar muy limpia. 9. RECUBRIMIENTOS GALVÁNICOS Y PROCESOS AFINES El recubrimiento galvánico implica el recubrimiento de una delgada capa metálica sobre la superficie de un material del sustrato. El sustrato por lo general es metálico, aunque existen métodos para recubrir piezas plásticas y cerámicas. Las razones para recubrir galvánicamente una pieza incluyen: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

la protección ante la corrosión, el aspecto atractivo, la resistencia al desgaste, una mayor conductividad eléctrica, mejorar la soldabilidad y mejorar la lubricidad de la superficie.

La tecnología más conocida y de mayor uso es la electro deposición

Electro deposición La electro deposición, también conocida como recubrimiento electroquímico, es un proceso electrolítico en el cual se depositan iones metálicos en una solución electrolítica dentro de una pieza de trabajo que funciona como cátodo. 24

La disposición se muestra en la fig. 7. El ánodo está hecho generalmente del metal que se recubre y, por lo tanto, funciona como fuente del metal recubierto. Se pasa corriente continua de un transformador de corriente externo entre el ánodo y el cátodo. El electrolito es una solución acuosa de ácidos, bases o sales que conduce corriente eléctrica mediante el movimiento de iones metálicos del recubrimiento en solución. Para resultados óptimos, las piezas deben pasar por una limpieza química justo antes de la electro deposición.

FIGURA 7. Disposición para la electro deposición. Métodos y aplicaciones Existen diversos equipos para la electro deposición y su elección depende del tamaño y la geometría de piezas, los requisitos de resultados y el metal para recubrir. Los métodos principales son: 1) deposición en tambor, 2) deposición en estantes y 3) deposición en tiras. La deposición en tambor se realiza en tambores rotatorios orientados en forma horizontal o en un ángulo oblicuo (35°). El método es conveniente para el recubrimiento de muchas piezas pequeñas en

un lote. El contacto eléctrico se mantiene a través de la acción de frotado de las piezas y mediante un conductor conectado externamente que se proyecta dentro del tambor. Existen limitaciones para la deposición en tambor; la acción de frotado inherente al proceso puede provocar daño en las piezas de metal suave, en los componentes roscados, en las piezas que requieren buenos acabados y en las piezas pesadas con bordes afilados. La deposición en estantes se usa para piezas que son demasiado grandes, pesadas o complejas para la deposición en tambores. Los estantes están hechos de alambre

de cobre de calibre pesado con formas adecuadas para contener las piezas y conducir la corriente a través de ellas. Los estantes se fabrican de modo que las 25

piezas de trabajo puedan colgarse en ganchos o sostenerse apretadas o cargadas en canastas. Para evitar la deposición del cobre mismo, los estantes se cubren con aislante, excepto en las piezas donde existe contacto. El recubrimiento en tiras es un método de alta producción, en el cual el trabajo consiste en una tira continua que se tira a través de la solución para recubrimientos galvánicos mediante un riel de alimentación. El alambre recubierto es un ejemplo adecuado de su aplicación. Mediante este método también se recubren piezas de láminas metálicas pequeñas sostenidas en una larga tira. El proceso puede prepararse de modo que sólo se involucren las regiones específicas de las piezas; por ejemplo, los puntos de contacto de recubrimientos galvánicos con oro en los conectores eléctricos. Los metales para recubrimiento más comunes en la electro deposición incluyen el zinc, el níquel, el estaño, el cobre y el cromo. El acero es el metal de sustrato más común. También se recubren los metales preciosos (oro, plata y platino) en joyería. El oro también se usa para contactos eléctricos. Los productos de acero recubiertos con zinc incluyen sujetadores, artículos con alambres, cajas de interruptores eléctricos y diferentes piezas de láminas metálicas. El recubrimiento con zinc funciona como una barrera que se sacrifica para evitar la corrosión del metal que está debajo. Un proceso alternativo para recubrir acero con zinc es el galvanizado. Se usa el recubrimiento con níquel para resistir la corrosión y con propósitos decorativos sobre acero, bronce, colados en zinc y otros metales. Las aplicaciones incluyen ajuste automotriz y otros bienes de consumo. El níquel también se usa como una cubierta base, bajo una lámina de cromo muy delgada. El recubrimiento de esta o se usa ampliamente, el cual protege contra la corrosión a las latas de estaño y otros envases para alimento. También se usa para mejorar la soldabilidad de componentes eléctricos. El cobre tiene varias aplicaciones importantes como metal de recubrimiento. Se usa ampliamente como recubrimiento decorativo en acero y zinc, ya sea solo o en aleaciones con zinc tal como la deposición de bronce. También tiene aplicaciones importantes en tableros de circuitos impresos. Por último, con frecuencia el cobre se recubre sobre el acero como una base, bajo una cubierta de níquel o cromo. El recubrimiento con cromo (conocido popularmente como "cromado") se valora por su aspecto decorativo y se usa ampliamente en aplicaciones automotrices, de muebles para oficina y de aparatos eléctricos para la cocina. También produce uno de los recubrimientos electro depositados más duros, y por esta razón se usa ampliamente para piezas que requieren resistencia al desgaste, por ejemplo, pistones hidráulicos y cilindros, anillos de pistones, componentes de motores de aeronaves, guías roscadas en maquinaria textil y aplicaciones similares.

Electro formado

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Este proceso es virtualmente igual que la electro deposición pero su propósito es muy distinto El electro formado implica la deposición electrolítica de metal en un patrón hasta obtener el grosor requerido; después se remueve el patrón para dejar la pieza formada. Mientras que el grosor de una deposición común es de sólo aproximadamente 0,05 mm o menos, con frecuencia, las piezas electro formadas son mucho más gruesas, por lo que el ciclo de producción es proporcionalmente más largo. Los modelos usados en el electro formado son: 1) sólidos o 2) desechables. Los patrones sólidos tienen un ahusamiento u otra geometría que permite la remoción de la pieza electro depositada. Por lo general, las piezas electro formadas se fabrican de aleaciones de cobre, níquel y níquel-cobalto. Las aplicaciones incluyen moldes y dados finos; entre los ejemplos están los moldes para lentes, los discos fonográficos y las placas para estampar e imprimir. Una aplicación reciente con mucha demanda implica la producción de moldes para discos compactos de lectura mediante láser y discos de video. Los detalles de la superficie que deben imprimirse en un disco compacto se miden en micrones (1 m = 39,4 pulg.). Estos detalles se obtienen con facilidad en el moldeado mediante electro formado. Deposición sin electricidad La deposición sin electricidad es el nombre que se da al proceso de recubrimiento que se produce completamente mediante reacciones químicas y no se requiere una fuente externa de corriente eléctrica. La deposición del metal en la superficie de una pieza ocurre en una solución acuosa que contiene los iones del metal para recubrimiento que se vaya a utilizar. El proceso usa un agente reductor y la superficie de la pieza de trabajo actúa como catalizador para la reacción. Son pocos los metales que se pueden emplear para la deposición sin electricidad, así como los que pueden procesarse mediante esta técnica, el costo es generalmente mayor que en el recubrimiento electroquímico. El metal para deposición sin electricidad más común es el níquel. También se usan el cobre y, en menor grado, el oro como metales para deposición mediante este proceso. La deposición con níquel se usa para aplicaciones que requieren alta resistencia a la corrosión y al desgaste. La deposición con cobre sin electricidad se usa para recubrir a través de orificios de tableros de circuitos impresos. El cobre también puede utilizarse para recubrir piezas plásticas con propósitos decorativos. Las ventajas de la deposición sin electricidad incluyen:

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1) espesores de recubrimientos galvánicos uniformes sobre geometrías de piezas complejas (lo cual es un problema con la electro deposición), 2) el proceso puede usarse en substratos metálicos y no metálicos y 3) no se necesita una provisión de corriente directa para realizar el proceso. Inmersión en caliente La inmersión en caliente es un proceso en el cual un sustrato metálico se sumerge en un baño fundido de un segundo metal; tras la remoción, el segundo metal recubre el primero. El primer metal debe poseer una temperatura de fusión más alta que el segundo. Los metales de sustrato más comunes son el acero y el hierro. El zinc, el aluminio, el estaño y el plomo son los metales de recubrimiento más comunes. La inmersión en caliente funciona para formar capas de transición sobre compuestos de aleación variable. El propósito principal de la inmersión en caliente es la protección ante la corrosión. Normalmente operan dos mecanismos para proporcionar esta protección: 1) protección de barrera, para la cual el recubrimiento simplemente funciona como un escudo para el metal que está debajo, y 2) protección de sacrificio, en la cual el recubrimiento se corroe mediante un proceso electroquímico para preservar el sustrato. La inmersión en caliente recibe diferentes nombres, dependiendo del metal para recubrimiento: en el galvanizado, el metal para recubrimiento es el zinc sobre acero o hierro; el aluminizado se refiere al recubrimiento de aluminio (Al) sobre un sustrato; en el estañado, el recubrimiento es estaño (Sn), y el terneplate con plomo y estaño describe el recubrimientos galvánicos de una aleación de plomo y estaño sobre acero. El galvanizado es por mucho el más importante de los procesos por inmersión en caliente, con una antigüedad de alrededor de 200 años. Se aplica para dar acabado a piezas de acero y hierro en un proceso por lotes, así como a láminas, tiras, tuberías, conductos y alambres en un proceso automatizado continuo. Comúnmente, el espesor del recubrimiento varía entre 0,04 y 0,09 mm. El espesor de capa se controla principalmente mediante el tiempo de inmersión. La temperatura del baño se mantiene alrededor de 450 °C. El uso comercial del aluminizado va en aumento y cada vez comparte más el mercado con el galvanizado. Los recubrimientos por inmersión en aluminio caliente proporcionan una excelente protección contra la corrosión, en algunos casos cinco veces más eficaz que el galvanizado. La deposición con estaño mediante inmersión en caliente proporciona una protección contra la corrosión no tóxica para el acero, en aplicaciones para envases de alimentos, equipos para lácteos y aplicaciones de soldadura blanda. La inmersión en caliente ha sido gradualmente rebasada por la electro deposición como el método comercial preferido para el recubrimiento de estaño sobre acero. 28

RECUBRIMIENTOS POR CONVERSIÓ Un recubrimiento por conversión se refiere a una familia de procesos en los cuales se forma una película delgada de óxido, fosfato o cromato sobre una superficie metálica mediante reacción química o electroquímica. La inmersión y la aspersión son los dos métodos comunes que exponen la superficie metálica a los productos químicos reactivos. Los metales comunes tratados mediante recubrimiento por conversión son el acero (incluyendo el acero galvanizado), el zinc y el aluminio. Sin embargo, casi cualquier producto de metal puede aprovechar este tratamiento. Las razones importantes para usar los procesos de recubrimiento por conversión son: 1) 2) 3) 4)

protección contra la corrosión, preparación para pintura, reducción del desgaste, permitir que la superficie contenga mejores lubricantes para procesos de formado metálico, 5) aumentar la resistencia eléctrica de la superficie, 6) acabado decorativo y 7) identificación de piezas Los procesos de recubrimiento por conversión se dividen en dos categorías: 1) tratamientos químicos y 2) anodizado. Recubrimientos por conversión química Estos procesos operan exponiendo el metal base a ciertos productos químicos que forman películas de superficies delgadas y no metálicas. En la naturaleza ocurren reacciones similares; algunos ejemplos son la oxidación del hierro y el aluminio. En tanto que la herrumbre destruye progresivamente el hierro, la formación de un recubrimiento delgado de Al2O3 sobre el aluminio protege el metal base. El propósito de estos tratamientos de conversión química es conseguir este último efecto. Los dos procesos principales son recubrimientos con fosfatos y cromatos. El recubrimiento con fosfato implica la transformación de la superficie del metal base en una película protectora de fosfato mediante la exposición a soluciones de ciertas sales de fosfatos (por ejemplo, Zn, Mg y Ca) junto con ácido fosfórico diluido (H3PO4). El espesor del recubrimiento varía de 0,0025 a 0,05 mm. Los metales base más comunes son el zinc y el acero, incluyendo el acero galvanizado. El recubrimiento con fosfato funciona como una preparación útil para la pintura en las industrias automotriz y de aparatos eléctricos pesados. El recubrimiento con cromato convierte el metal base en diversas formas de películas de cromatos, mediante soluciones acuosas de ácido crómico, sales de cromatos y otros productos químicos. Los metales tratados con este método incluyen el aluminio, 29

el cadmio, el cobre, el magnesio y el zinc (y sus aleaciones). La inmersión de la pieza base es el método común de aplicación. Los recubrimientos por conversión con cromatos son de alguna forma más delgados que con fosfatos, generalmente menores de 0,0025 mm. Las razones para un recubrimiento con cromatos son: 1) protección contra la corrosión, 2) base para pintura y 3) propósitos decorativos. 4) Los recubrimientos con cromatos pueden ser transparentes o de colores; los colores disponibles incluyen el pardo olivo, el bronce, el amarillo o el azul brillante.

Anodizado Mientras que los procesos anteriores se ejecutan normalmente sin electrólisis, el anodizado es un tratamiento electrolítico que produce una capa de óxido estable sobre una superficie metálica. Sus aplicaciones más comunes son en aluminio y magnesio, pero también se aplica en zinc, el titanio y otros metales menos comunes. Los recubrimientos por anodizado se usan principalmente para propósitos decorativos; también proporcionan protección contra la corrosión. En los recubrimientos por anodizado el espesor varía generalmente entre 0,0025 y 0,075 mm. Se pueden incorporar tintes en el proceso de anodizado para crear una amplia variedad de colores; esto es muy común en el anodizado con aluminio. También se pueden lograr recubrimientos muy gruesos sobre aluminio, mayores de 0,25 mm, mediante un proceso especial denominado anodizado duro; estos recubrimientos son notables por su alta resistencia al desgaste y a la corrosión. 10. DEPOSICIÓN FISICA DE VAPOR La deposición física de vapor, DFV (en inglés PVD), se refiere a una familia de procesos en los cuales se convierte un material a su fase de vapor en una cámara de vacío y se condensa sobre una superficie de sustrato como una película muy delgada. La PVD se usa para aplicar una amplia variedad de materiales de recubrimiento: metales, aleaciones, cerámica, compuestos inorgánicos e incluso ciertos polímeros. Los sustratos posibles incluyen metales, vidrio y plástico. Por lo tanto, la PVD representa una tecnología de recubrimiento muy versátil aplicable a una combinación casi ilimitada de sustancias de recubrimiento y materiales de sustratos. Las aplicaciones de la PVD incluyen los recubrimientos decorativos delgados sobre piezas de plástico y metálicas, tales como trofeos, juguetes, plumas y lápices, empaques para relojes y adornos para interiores de automóviles. Los recubrimientos

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son películas delgadas de aluminio (de alrededor de 150 nm) aplicadas con laca transparente para proporcionar un aspecto de plata o cromo satinado. Por último, la deposición física de vapor se usa ampliamente para recubrir herramientas de corte y moldes de inyección de plásticos con nitruro de titanio (TiN)

para que resistan el desgaste. Todos los procesos de deposición física de vapor consisten en los siguientes pasos: 1) síntesis del vapor de recubrimiento, 2) transporte del vapor al sustrato y 3) condensación de los vapores sobre la superficie del sustrato. Evaporación al vacío Es posible depositar ciertos materiales (principalmente metales puros) sobre un sustrato, transformándolos primero de estado sólido a vapor en una cámara de vacío y después permitiendo que se condensen en la superficie del sustrato. La disposición del proceso de evaporación al vacío se muestra en la fig. 8. El material que se va a depositar, llamado la fuente, se calienta a una temperatura suficientemente alta para evaporarse (o sublimarse).

FIGURA 8. Instalación para la deposición física de vapor por evaporación al vacío.

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Dado que el calentamiento se obtiene en un vacío, la temperatura requerida para la evaporización es significativamente menor que la temperatura correspondiente requerida a presión atmosférica normal. Asimismo, la ausencia de aire en la cámara evita la oxidación del material fuente a las temperaturas de calentamiento. La velocidad de transferencia de la masa de evaporación se gobierna mediante relaciones termodinámicas, las cuales se resumen en la ecuación:

dm/dt = K.Pv.A.(M/T)1/2

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donde dmldt = la velocidad de transferencia de masa del material fuente evaporado, Pv = presión de vapor del material fuente a la temperatura T, A = área de la fuente sólida, M = su peso molecular y K = constante de proporcionalidad. Se usan varios métodos para calentar y vaporizar el material. Debe incluirse un envase para contener el material de recubrimiento (el material fuente) antes de la vaporización. Entre los métodos de vaporización más importantes están el calentamiento por resistencia y el bombardeo con haz de electrones. Cualquiera que sea la técnica de evaporación, los átomos evaporados dejan la fuente y siguen trayectorias en línea recta hasta que chocan con otras moléculas de gas o con una superficie sólida. El vacío dentro de la cámara prácticamente elimina otras moléculas de gas, por lo que reduce la probabilidad de choques con átomos del vapor de la fuente. La superficie del sustrato que se va cubrir generalmente se coloca en relación con la fuente, de modo que se asegure la depositación de los átomos en forma de vapor sobre la superficie sólida. En ocasiones se usa un manipulador mecánico para rotar el sustrato de tal manera que se recubran todas las superficies. Tras el contacto con la superficie del sustrato relativamente fría, el nivel de energía de los átomos que chocan se reduce repentinamente, hasta un punto donde ya no pueden permanecer

en estado de vapor; entonces, se condensan y se pegan a la superficie sólida, donde forman una película delgada.

FIGURA 9. Una instalación posible para el bombardeo de partículas atómicas, una forma de deposición física de vapor. 32

Bombardeo con partículas atómicas (sputtering) Si la superficie de un sólido (o líquido) se bombardea mediante partículas atómicas de energía suficientemente alta, los átomos individuales de la superficie pueden

adquirir suficiente energía debido al choque, de modo que se proyecten de la superficie mediante transferencia de momentum. Éste es el proceso conocido como sputtering. La forma más conveniente de emplear partículas de alta energía es con un gas ionizado, como el argón energizado mediante un campo eléctrico para formar un plasma. Como proceso de PVD, el sputtering involucro el bombardeo de material de recubrimiento catódico con los iones de argón, (Ar +), y provoca que los átomos de la superficie escapen y se depositen en un sustrato, formando una película delgada sobre él. El sustrato debe colocarse cerca del cátodo y, por lo general, se calienta para mejorar la unión de los átomos del recubrimiento. Un arreglo común se muestra en la fig. 9. Mientras que la evaporación al vacío generalmente se limita a metales, el bombardeo con partículas atómicas se aplica casi a cualquier material, tanto metálicos como no metálicos, aleaciones, cerámica y polímeros. Las películas de aleaciones y compuestos pueden procesarse mediante deposición electrónica sin cambiar sus composiciones químicas. Las películas de compuestos químicos también se depositan mediante el empleo de gases reactivos que forman óxidos, carburos o nitruros con el metal chisporroteante.

Recubrimiento iónico El recubrimiento iónico usa una combinación de bombardeo con partículas atómicas y evaporación al vacío para depositar una película delgada sobre un sustrato. El proceso funciona de la siguiente manera. Se prepara el sustrato para que funcione como cátodo en la pieza superior de la cámara y el material fuente se coloca debajo. Después se establece un vacío en la cámara. Se inyecta gas argón y se aplica un campo eléctrico para ionizar el gas (Ar+) y establecer un plasma. Esto produce un bombardeo iónico (sputtering) del sustrato, por lo que su superficie se frota hasta una condición de limpieza atómica (esto se interpreta como "muy limpia"). Enseguida, se calienta el material fuente lo suficiente para generar vapores de recubrimiento. Los métodos de calentamiento usados aquí son similares a los que se emplean en la evaporación al vacío: calentamiento por resistencia, bombardeo con haz de electrones, etc.

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Las moléculas de vapor pasan a través del plasma y recubren el sustrato. El bombardeo de partículas atómicas continúa durante el proceso, por lo que el bombardeo con iones consiste no sólo en los iones de argón originales, sino también iones del material fuente que se han energizado mientras han estado sujetos al mismo campo de energía que el argón. Los efectos de estas condiciones de procesamiento producen películas de espesor uniforme y una excelente adherencia al sustrato. El recubrimiento con iones es aplicable a piezas que tienen geometrías irregulares debido a los efectos de dispersión que existen en el campo del plasma. Un ejemplo

interesante es el recubrimiento con TiN de herramientas de acero para corte de alta velocidad (por ejemplo, brocas de taladro). Además de la uniformidad en el recubrimiento y una buena adherencia, otras ventajas del proceso son altas velocidades de deposición, altas densidades de la película y la capacidad de recubrir las paredes internas de orificios y otras formas huecas. RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS Los recubrimientos orgánicos son polímeros y resinas producidos en forma natural o sintética, generalmente formulados para aplicarse como líquidos que se secan o endurecen como películas de superficie delgadas en materiales del sustrato. Estos recubrimientos se aprecian por la variedad de colores y texturas posibles, su capacidad de proteger la superficie del sustrato, su bajo costo y la facilidad con que se aplican. Consideramos las composiciones de los recubrimientos orgánicos y los métodos para aplicarlos. Aunque casi todos los recubrimientos orgánicos se aplican en forma líquida, algunos se aplican como polvos; consideramos esta alternativa en la sección 4.5.2. Las formulaciones de los recubrimientos orgánicos contienen lo siguiente: 1) aglutinantes, los cuales le dan al recubrimiento sus propiedades; 2) tintes o pigmentos, que prestan color al recubrimiento; 3) solventes para disolver los polímeros y resinas y agregar una fluidez conveniente al líquido y 4) aditivos. Los aglutinantes en los recubrimientos orgánicos son polímeros y resinas que determinan las propiedades del estado sólido del recubrimiento, tales como la resistencia, propiedades físicas y la adhesión a la superficie del substrato. El aglutinante contiene los pigmentos y otros ingredientes en el recubrimiento, durante y después de la aplicación a la superficie. Los aglutinantes más comunes en los recubrimientos orgánicos son aceites naturales (usados para producir pinturas basadas en aceite), resinas de poliésteres, poliuretanos, epóxicos, acrílicos y celulósicos.

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Los tintes y pigmentos proporcionan color al recubrimiento. Los tintes son productos químicos solubles que dan color al recubrimiento líquido, pero no ocultan la superficie cuando se aplican. Por lo tanto, los recubrimientos con color de tinte son generalmente transparentes o translúcidos. Los pigmentos son partículas sólidas de tamaño uniforme y microscópico que se dispersan en el líquido de recubrimiento, pero no se disuelven en él. No sólo dan color al recubrimiento, sino también ocultan la superficie que está debajo. Debido a que los pigmentos son materia en partículas, también tienden a fortalecer el recubrimiento.

Los solventes se usan para disolver el aglutinante y otros ingredientes que constituyen el recubrimiento líquido. Los solventes comunes usados en recubrimientos orgánicos son hidrocarburos alifáticos y aromáticos, alcoholes, ésteres, acetonas y solventes clorinados. Para cada aglutinante existe un solvente específico. Los aditivos en los recubrimientos orgánicos incluyen a los dispersantes (para facilitar la dispersión sobre la superficie), insecticidas y fungicidas, espesantes, estabilizadores de congelación / deshielo, estabilizadores para calor y luz, agentes coalescentes, plastificantes, desespumantes y catalizadores para promover las cadenas transversales. Estos ingredientes se formulan para obtener una amplia variedad de recubrimientos, tales como pinturas, lacas y barnices.

Métodos de aplicación El método para aplicar un recubrimiento orgánico a una superficie depende de varios factores como la composición del líquido de recubrimiento, el espesor requerido, la velocidad de producción y consideraciones de costo, tamaño de piezas y requerimientos ambientales. Para cualquiera de los métodos de aplicación, es de vital importancia que la superficie se prepare en forma conveniente. Esto incluye la limpieza y el posible tratamiento de la superficie, tal como un recubrimiento con fosfato. En algunos casos las superficies metálicas se protegen en forma electrolítica antes de un recubrimiento orgánico para una máxima protección contra la corrosión. Los métodos disponibles para aplicar recubrimientos orgánicos líquidos incluyen el uso de pinceles y rodillos, la aspersión, la inmersión y el recubrimiento con flujo. En algunos casos, se aplican varios recubrimientos sucesivos a la superficie del sustrato para obtener el resultado deseado. Una carrocería de automóvil es un ejemplo importante; la siguiente es una secuencia típica que se aplica a una carrocería de chapas metálicas de un automóvil en la producción masiva:

1) se aplica un recubrimiento de fosfato por inmersión, 2) se aplica un recubrimiento de sellador por inmersión, 35

3) se aplica un recubrimiento de pintura de color por aspersión y 4) se aplica un recubrimiento transparente (para alto brillo y mejor protección) mediante aspersión. Uso de pinceles y rodillos: Éstos son los dos métodos de aplicación más conocidos y tienen una alta eficiencia de transferencia, que se acerca al 100%. Los métodos de pinceles y rodillos manuales son convenientes para bajos volúmenes de producción, pero no para producción masiva. Mientras el uso de pincel es versátil, el empleo de

rodillos se limita a superficies planas. Los rodillos se adaptan a la producción continua de superficies planas.

FIGURA 13. Método de recubrimiento con rodillo para aplicar recubrimientos orgánicos a tramos continuos de metal u otros materiales. El proceso, denominado recubrimiento con rodillo, se ilustra en la fig. 13 y es adecuado para recubrimientos orgánicos de paneles y rollos de metal continuos, al igual que en tramos similares de plástico, papel o tela. Aplicación por aspersión (sprayíng): El recubrimiento por aspersión es un método de producción muy utilizado para aplicar recubrimientos orgánicos. El proceso obliga al líquido de recubrimiento a atomizarse dentro de un vapor fino inmediatamente antes de la deposición sobre la superficie de la pieza. Cuando las gotas chocan contra la superficie se extienden y fluyen juntas para formar un recubrimiento uniforme dentro de la región localizada de la aspersión. Si se hace correctamente, el recubrimiento de aspersión proporciona un recubrimiento uniforme sobre toda la superficie de trabajo. El recubrimiento por aspersión se realiza manualmente en cabinas para pintura por aspersión o también puede establecerse como un proceso automatizado Recubrimiento por inmersión y por flujo: Estos métodos aplican grandes cantidades de recubrimiento líquido a la pieza de trabajo y permiten drenar el exceso para reciclarlo. El método más simple es el recubrimiento por inmersión, en 36

el cual se sumerge la pieza en un tanque abierto con material de recubrimiento líquido; cuando se retira la pieza, el exceso de líquido se drena de vuelta al tanque. En el recubrimiento por flujo, las piezas de trabajo se mueven a través de una cabina cerrada para pintura en donde una serie de boquillas bañan las superficies de la pieza con el líquido para recubrimiento. El exceso de líquido se drena de regreso a un vertedero, lo cual permite que se reutilice. Secado y curado: Una vez aplicado, el recubrimiento orgánico debe convertirse de líquido a sólido. Se usa el término secado para describir este proceso de conversión. Muchos recubrimientos orgánicos se secan mediante la evaporación de sus solventes. Sin embargo, para formar una película duradera en la superficie del sustrato, es necesaria una conversión adicional, llamada curado.

El curado implica un cambio químico en la resina orgánica en la cual ocurre una polimerización o formación de cadenas transversales para endurecer el recubrimiento. El tipo de resina determina la clase de reacción química que ocurre en la vulcanización. Los métodos principales de vulcanización en los recubrimientos orgánicos son los siguientes:  





Curado a temperatura ambiente.- Por lo general este método implica la evaporación del solvente y la oxidación de la resina. Casi todas las lacas se vulcanizan con facilidad mediante este método. Curado a temperatura elevada.- Este tipo de vulcanización se denomina en ocasiones cocido. Las temperaturas elevadas aceleran la evaporación d el solvente, así como la polimerización y la formación de cadenas transversales de la resina. Curado por catalización.- Los recubrimientos del curado por este método requieren agentes reactivos mezclados con las resinas de arranque, originando la polimerización y la formación de cadenas transversales. Algunos ejemplos son las pinturas epóxicas y de poliuretano. Frecuentemente son sistemas de dos componentes que deben mezclarse inmediatamente antes de la aplicación. Curado por radiación.- Ciertas resinas se vulcanizan mediante diversas formas de radiación, como microondas, luz ultravioleta y haz de electrones.

Recubrimiento pulverizado Los recubrimientos orgánicos analizados hasta aquí son sistemas líquidos que consisten en resinas solubles (o al menos mezclables) en un solvente conveniente. Los recubrimientos pulverizados son diferentes. Se aplican como partículas sólidas y secas y finamente pulverizadas que se funden en la superficie para formar una película liquida uniforme. Después de la cual se resolidifican en un recubrimiento seco. Los sistemas de recubrimiento pulverizado han aumentado su importancia comercial entre los recubrimientos orgánicos desde mediados de los años setenta.

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Los sistemas de recubrimientos pulverizados incluyen varias resinas que no se usan en recubrimientos orgánico líquidos. La razón de esta diferencia es que el material para recubrimiento pulverizado es sólido a temperatura ambiente. Los recubrimientos pulverizados se clasifican como termoplásticos o termofijos.

Los polvos termoplásticos comunes incluyen el cloruro de polivinilo, el nylon, el poliéster, el polietileno y el polipropileno. Por lo general se aplican como recubrimientos relativamente gruesos, en el rango de 0,08 a 0,30 mm. Los polvos para recubrimiento termofijo comunes son epóxicos, poliésteres y acrílicos. Se aplican como resinas no curadas que se polimerizan y forman cadenas transversales cuando se calientan o reaccionan con otros ingredientes. Los espesores

de recubrimiento están generalmente en el rango de 0,025 a 0,075 mm. Éstos son los dos métodos de aplicación principales para los recubrimientos pulverizados: 1) aspersión y 2) lecho fluidizado. En el método por aspersión, se aplica una carga electrostática a cada partícula para atraerla a una superficie de la pieza que forma una tierra eléctrica. Existen diversos diseños de pistola para aspersión a fin de impartir la carga a los polvos. Las pistolas para aspersión se operan en forma manual o mediante robots industriales. Se usa aire comprimido para impulsar los polvos a la boquilla. Los polvos están secos cuando se dispersan y es posible reciclar cualquier exceso de partículas que no se pega a la superficie (a menos que se mezclen múltiples colores de pintura en la misma cabina para aspersión). Los polvos se aplican a temperatura ambiente sobre la pieza, después ésta se calienta para fundir los polvos; también pueden aplicarse sobre una pieza que se ha calentado arriba del punto de fusión del polvo, con lo cual se obtiene un recubrimiento más grueso. El lecho fluidizado es una alternativa de uso menos frecuente que la aspersión electrostática. En este método, que se muestra en la fig. 14, se calienta con anticipación la pieza de trabajo que se va a recubrir y se pasa por un lecho fluidizado que contiene polvos suspendidos (fluidizados) mediante una corriente de aire. Estos polvos se adhieren a la superficie de la pieza para formar el recubrimiento. En algunas implantaciones de este método, los polvos se cargan electrostáticamente para aumentar la atracción hacia la superficie de la pieza conectada a tierra.

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FIGURA 14. Lecho fluidizado para la aplicación de recubrimientos pulverizados.

ESMALTADO EN PORCELANA Y OTROS RECUBRIMIENTOS CERÁMICOS La porcelana es una cerámica hecha de caolín, feldespato y cuarzo. Se aplica a metales de sustrato tales como acero, hierro fundido y aluminio como un esmalte vítreo. Los recubrimientos porcelanizados son valiosos por su belleza, color, tersura, facilidad de limpieza, inercia química y durabilidad general. El nombre que recibe esta tecnología de materiales de recubrimiento cerámico es esmalte porcelanizado, así como los procesos mediante los cuales se aplica. El esmalte porcelanizado se usa en una amplia variedad de productos, incluyendo accesorios para baños (lavabos, tinas, retretes), artículos eléctricos para el hogar (cocinas, calentadores de agua, lavadoras, lavadoras de platos), artículos para cocinas, utensilios para hospitales, componentes de motores a chorro, silenciadores de automóviles y tableros de circuitos electrónicos. La composición de las porcelanas varía, dependiendo de los requisitos del producto. Algunos esmaltes se formulan por color y belleza, en tanto que otros se diseñan por funcionalidad. Entre las propiedades funcionales, sobresalen la resistencia a los productos químicos y el clima, la capacidad de resistir altas temperaturas de servicio, la dureza, la

resistencia a la abrasión y la resistencia eléctrica. Como proceso, el esmalte porcelanizado consiste en: 1) 2) 3) 4)

preparación del material de recubrimiento, aplicación sobre la superficie, secado, si es necesario y quemado (firing).

La preparación implica convertir el esmalte vítreo en partículas finas, llamadas frita (en inglés frit), que se trituran a un tamaño conveniente y consistente. Los métodos para aplicar la frita son muy similares a los que se utilizan para recubrimientos orgánicos, aunque el material inicial es muy distinto. Algunos métodos de aplicación implican mezclar la frita con agua como transporte (la mezcla se denomina la colada), en tanto que otros métodos aplican el esmalte

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como un polvo seco. Entre las técnicas están la aspersión, la aspersión electrostática, el recubrimiento por flujo, la inmersión y la electro deposición. En el caso de los métodos de aplicación "a la colada", se requiere secar el recubrimiento para remover la humedad antes del quemado. Los secadores usan calentamiento radiante o por convección. El quemado se realiza a temperaturas de 800 °C. El nivel exacto depende de la composición, las propiedades y los requerimientos de producción. El quemado es un proceso de sintetizado, en el cual la frita se transforma en esmalte vítreo no poroso. Los espesores de recubrimiento varían desde 0,075 mm hasta 2 mm. La secuencia de procesamiento se repite varias veces para obtener el espesor deseado. PROCESOS DE RECUBRIMIENTO TÉRMICOS Y MECÁNICOS Los procesos térmicos y mecánicos aplican recubrimientos separados que, generalmente, son más gruesos que los recubrimientos depositados mediante los otros procesos considerados. Se basan en energía térmica o mecánica.

Procesos de recubrimiento térmico Los métodos de recubrimiento térmico usan energía térmica en diversas formas para aplicar un recubrimiento cuya función es proporcionar resistencia contra la corrosión, la erosión, el desgaste y la oxidación a altas temperaturas.

Aspersión térmica: En la aspersión térmica se aplican materiales de recubrimiento fundidos y semifundidos sobre un sustrato, donde se solidifican y adhieren a la superficie. Se aplican una amplia variedad de materiales de recubrimiento; las categorías son metales puros y aleaciones metálicas; cerámica (óxidos, carburos y ciertos vidrios); otros compuestos metálicos (sulfuros, silícicos); compuestos de cermet y ciertos plásticos (epóxicos, nylon, teflón y otros). Los sustratos incluyen metales, cerámica, vidrio, algunos plásticos, madera y papel. No todos recubrimientos pueden aplicarse a todos los sustratos. Cuando el proceso se usa para aplicar un recubrimiento metálico, se denomina metalización o aspersión metálica. La unión de los recubrimientos aplicados con aspersión térmica se hace principalmente mediante el entrelazado mecánico de las partículas atomizadas y la superficie del sustrato. Por lo tanto, para una mejor adhesión, la superficie debe hacerse áspera como uno de los pasos de preparación. Una vez que el recubrimiento tapa por completo la superficie del sustrato, el material del recubrimiento se adhiere a sí mismo. Ciertos metales aplicados por aspersión forman uniones metalúrgicas con ciertos sustratos metálicos. El grosor del 40

recubrimiento en la aspersión térmica generalmente es más grande que en otros procesos de deposición; el rango común va desde un mínimo aproximado de 0,05 mm hasta 2,5 mm. Revestimiento duro: El revestimiento duro es un técnica de recubrimiento en el cual se aplican aleaciones a los metales del sustrato, como depósitos soldados. Lo que distingue al revestimiento duro es que ocurre una fusión entre el revestimiento y el sustrato, mientras que en la aspersión térmica sucede un entrelazado mecánico, el cual no es resistente al desgaste abrasivo. Por lo tanto, el revestimiento duro es muy conveniente para aplicaciones que requieren buena resistencia contra el desgaste. Las aplicaciones incluyen el recubrimiento de piezas nuevas y la reparación de superficies de piezas usadas muy desgastadas, erosionadas o corroídas. Una ventaja del revestimiento duro que debe mencionarse es que se realiza con facilidad fuera del ambiente de fábrica, relativamente controlado mediante muchos de los procesos de soldadura comunes. Como técnica para soldadura, el revestimiento duro usa cualquiera de los procesos siguientes: soldadura con oxiacetileno, soldadura metálica con arco protegido, soldadura con arco sumergido, soldadura de tungsteno con arco eléctrico y gas, soldadura con plasma de arco y soldadura con rayo láser. Procesos de revestimiento flexible: El proceso de revestimiento flexible es capaz de depositar un material de recubrimiento muy duro, tal como el carburo de tungsteno(WC), en una superficie del sustrato. Ésta es una ventaja importante del

proceso en comparación con otros métodos, lo que permite una dureza en el recubrimiento de hasta 70, en la escala de Rockwell C. El proceso también se usa para aplicar recubrimientos a regiones específicas en una pieza de trabajo. En el proceso de revestimiento flexible, se coloca una tela impregnada con polvos cerámicas o metálicos duros y otra tela impregnada con una aleación de soldadura

blanda sobre un sustrato, ambas se calientan para fundir los polvos sobre la superficie, como en la fig. 15. El grosor del recubrimiento para el revestimiento generalmente está en el rango de 0,25 a 2,5 mm. Además de los recubrimientos de WC y WC-CO, también se aplican aleaciones basadas en cobalto y aleaciones basadas en níquel. Las aplicaciones incluyen los dientes de sierras de cadena, brocas de taladro para concreto, collarines de taladro en aceite, dados de extrusión y piezas similares que requieren buena resistencia contra el desgaste.

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FIGURA 15. Proceso de revestimiento flexible: (1) aplicación de tela que contiene polvos duros y tela que contiene aleación de soldadura blanda, (2) soldadura blanda y (3) recubrimiento terminado.

Recubrimientos galvánicos mecánico El recubrimiento galvánico mecánico es un proceso de recubrimiento que no usa calor, reacción química ni energía electroquímica para realizar la deposición. En lugar de eso, se usa energía mecánica para construir un recubrimiento metálico sobre la superficie. En el recubrimiento galvánico mecánico, se frotan en un tambor las piezas que se van a recubrir, junto con polvos metálicos para recubrimientos galvánicos, gotas de vidrio y productos químicos especiales para promover la acción del recubrimiento. Entre los metales para recubrimientos galvánicos están el zinc, el cadmio, el estaño y el plomo. El término galvanizado mecánico se usa para las piezas recubiertas con zinc. Se recubren con mayor frecuencia los metales ferrosos; otros metales a los que se aplica el proceso son el latón y el bronce. Las aplicaciones comunes incluyen sujetadores tales como tornillos, pernos, tuercas y clavos. Normalmente, el espesor en los recubrimientos galvánicos mecánico varía de 0,005 a 0,025 mm. El zinc se aplica en forma mecánica a un espesor aproximado a 0,075 mm.

Conclusiones

Como hemos visto, los acabados superficiales abarcan una considerable cantidad de procesos materiales. Cómo seleccionar el acabado superficial idóneo, qué consideraciones de uso, formales, estructurales, tecnológicas, etc. debemos tener en cuenta a la hora de proponer un acabado superficial para un producto a diseñar. Estas interrogantes deben ser resueltas por nuestros alumnos. Pero en el primer año de la carrera reciben su formación general sobre las propiedades de los 42

materiales, los tipos de acabados superficiales susceptibles de ser empleados sobre los distintos materiales y sólo en el último año reciben la formación y entrenamiento para aplicarlos. Mientras tanto en los años intermedios se le presentan no pocas interrogantes que hacen su selección en los trabajos de taller un tanto difícil.

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