Tratamientos Tratamientos superfciales. Los tratamientos superfciales tienen como objetivo crear una estructura compuesta al cambiar sólo las propiedades de la superfcie. Así, estos productos diferen de compuestos en los que las propiedade propiedadess volumétric volumétricas as se ven aectadas aectadas y de los laminados, laminados, que se producen producen uniendo dos entidades separadas.
CLA!"!CAC!#$ %&iste una variedad siempre creciente de tratamientos superfciales y aquí se debe limitar el an'lisis an'lisis a sus caracterís característica ticass m's esenciale esenciales. s. Al(unos Al(unos procesos procesos son sustracti sustractivos, vos, otros son aditivos y al(unos m's transorman la superfcie por medio de reacciones que involucran al material base. Al(unos procesos )como la pintura* se usan para tratar un producto terminado, otros )como el osatado* son parte esencial de una secuencia de producción, otros m's )como la C+* C+* son proce procesos sos de produc producció ción n por sí mismos mismos y tendr' tendr'n n una unci unción ón si(nif si(nifcat cativ iva a en la manuactura de dispositivos semiconductores. Los recubrimientos sirven para una variedad de propósitos. -ara el procesamiento, proporcionan una topo(raía superfcial controlada o una composición para la retención del lubricante, o en el caso del servicio, mejoran la resistencia al des(aste o a la corrosión, o se pueden aplicar por raones puramente estéticas.
-/0C%0 % /%10C!#$ $ormalmente, el proceso consiste en eliminar capas superfciales no deseadas o cambiar la topo(raía de la superfcie.
1ec'nico
Los contaminantes (ruesos o muy ad2erentes se retiran por medios mec'nicos, incluyendo procesos de abrasivo a(lutinado y de abrasivo suelto particularmente c2orro de (ranos, cepillado de potencia y acabado en barril.
esen(rasado
Los 3uidos or('nicos )aceites* se utilian e&tensamente en muc2as ases de la manuactura, incluyendo en el procesamiento por deormación y el maquinado, pero también se pueden aplicar a los metales para proporcionar protección contra la corrosión en el almacenamiento y envío. La superfcie también se puede contaminar con aceite, impureas y otros contaminantes or('ni or('nicos cos e inor(' inor('nic nicos os )sucie )suciedad* dad*.. Antes Antes de las operac operacion iones es de unión, unión, de ensamb ensamble le o de recubr recubrimi imient ento o fnales fnales,, todos todos los res residu iduos os se deben deben elimin eliminar ar median mediante te proces procesos os sol solven ventes tes,, acuosos o de vapor, mencionados en la sección. La aplicación del 3uido desen(rasante en un c2orro bajo alta presión ayuda a eliminar contaminantes pesados. 4n nivel mayor de limpiea se ase(ur ase (ura a cuando cuando el 3uido 3uido se a(ita a(ita con con un transd transduct uctor or ultras ultrasóni ónico5 co5 las vibrac vibracion iones es provoc provocan an cavitación )la ormación de peque6as burbujas*. Cuando las burbujas (olpean la superfcie de la parte, se colapsan en un c2orro de alta velocidad )2asta de 788 9m:2* ; ejercen una poderosa acción de limpiea mec'nica. La prueba de 2umectación por a(ua orece una verifcación r'pida de la efciencia efciencia del desen(rasado5 desen(rasado5 si el a(ua derramada derramada sobre la superfcie superfcie permanece permanece en una película del(ada, la superfcie est' limpia< si orma (otas o c2arcos, est'n presentes residuos de aceite.
=uímico
%n la sección se vio que las soluciones acuosas de químicos se utilian para la remoción de material. %l químico se eli(e para remover solamente una capa superfcial, por lo (eneral un ó&ido< puede ser un 'cido )como en el decapado de acero* o una solución alcalina )como en la remoción de ó&ido de aluminio*. -uede requerirse un in2ibidor para evitar el ataque al metal del sustrato. A menudo se requiere un desen(rasado completo para ase(urar un ataque uniorme )una ona de (rasa puede actuar como mascarilla*. espués del ataque químico, la piea debe enjua(arse para evitar el ataque posterior. Al i(ual que el maquinado químico se acelera con la aplicación de una corriente eléctrica, también la limpiea se puede apresurar por medio de la limpiea electrolítica, si la piea act>a como c'todo, 'nodo, o con polaridad alterna, en unción del material y del tipo de suciedad que debe eliminarse.
/%C4?/!1!%$T0 % C0$+%/!#$
%n el recubrimiento de conversión, la capa superfcial de los metales se transorma a través de una reacci@n química.
0&idación
1uc2os metales se o&idan en servicio< adem's, la o&idación incontrolada puede producir cambios indeseables en la apariencia superfcial, y en corrosión localiada o (lobal. in embar(o, los tratamientos químicos o a temperatura elevada pueden propiciar ormas deseables de o&idación resistentes a la corrosi@n. Así, la superfcie enne(recida producida por químicos sobre el acero resiste la o&idación< asimismo, el cobre y el latón se tratan para obtener varios tonos de color ne(ro, caé, aul y verde. 4n ó&ido duro de espesor y color controlados se acumula en el aluminio )y también en el 1( y el Ti* por medio del anodiado. espués de remover el ó&ido natural, la piea se sumer(e en un electrolito acuoso y se conecta a la terminal positiva de una uente de ener(ía de C )y de esta manera se convierte en el 'nodo*. e (enera una película de ó&ido, enlaada estructuralmente al sustrato. %s actible infltrar un ó&ido poroso con los tintes adecuados para obtener un color decorativo, o éste se produce durante la deposición. La inmersión en a(ua 2irviendo convierte a la al>mina en mono2idró&ido y sella la superfcie. Los recubrimientos m's (ruesos )de B a 88 Dm* y m's densos producidos en el anodiado duro son resistentes al des(aste y se puede incluir -T"% para reducir la ricción y aumentar la resistencia al des(aste.
/ecubrimiento de osato
%n la sección se vio que las superfcies de acero se recubren con osato para retener el lubricante en la deormación pesada. La inmersión en un ba6o de osato de En y 'cido osórico diluido causa el crecimiento de una capa de osato de inc cristalino en la que los canales interconectados ayudan a atrapar al lubricante< si se aplica en una capa m's del(ada, el recubrimiento sirve como base para pintura. e dispone de tratamientos similares para otros metales, incluyendo el aluminio y el acero (alvaniado.
/ecubrimiento de cromato
4n recubrimiento muy del(ado )menor de .B Flm* claro o coloreado se orma por inmersión en un ba6o de 'cido crómico diluido y otros químicos. Al(unas latas para alimentos tienen, por ejemplo, un recubrimiento de este tipo como capa base en la superfcie de acero.
T/ATA1!%$T0 -0/ CAL0/ %n al(unos tratamientos térmicos se cambian las propiedades de una capa superfcial en otros se aplica un recubrimiento por solidifcación.
Tratamiento térmico de la superfcie La principal aplicación es para el acero.
%ndurecimiento superfcial
4na capa superfcial se endurece si el acero tiene sufciente carbono. -ara esto, la superfcie se debe calentar en el intervalo de temperatura austenítica y templar r'pidamente para ormar martensita. e pueden aplicar varios métodos de calentamiento5
. %l endurecimiento por 3ama se basa en el calor producido por un soplete que maneja o&í(eno y (as combustible, para el endurecimiento local o (lobal, tanto en situaciones de peque6a producción como de media a alta. . %n el endurecimiento por inducción, una bobina de cobre enriada con a(ua rodea a la piea. 4na corriente de alta recuencia suministrada a la bobina calienta la superfcie 2asta una proundidad controlada, se(uida por templado con a(ua. G. %l endurecimiento por 2a de alta ener(ía se basa en la elevada intensidad de la ener(ía de 2aces de electrones )desenocados para evitar la usión* y de rayos l'ser %l endurecimiento mediante 2a de electrones y rayo l'ser permite el calentamiento r'pido de la superfcie del acero en un patrón controlado. i la piea es sufcientemente (rande, el volumen no calentado enría la superfcie tan r'pido como para proporcionar el temple requerido.
/ecubrimiento por diusión
Cuando el acero no tiene sufciente carbono, la superfcie se enriquece diundiendo en ella la especie atómica necesaria )C o $*.
Carburiación
%l carbono se diunde en el acero mantenido en el intervalo de temperatura austenítica )por lo (eneral, de HB8 a IB8JC* por medio de diversas técnicas. La carburación con (as, la técnica m's usada, se lleva a cabo en un 2orno con (ases ricos en carbono )(as natural, propano o metano* y uno portador )normalmente una mecla de $, C0 y K*. -ara la carburación al vado, la piea se calienta en un vacío moderado y entonces se admite el (as 2idrocarburo. La carburación en un compuesto sólido )carburación por empaque* o en un ba6o de sal actualmente se utilia menos. %s m's eectiva la carburación con plasma, que se analia en la sección. La piea es entonces templada y revendida.
$itruración
%l nitró(eno se puede diundir en aceros de aleación a temperaturas de B88 a B@8JC para crear una capa superfcial del(ada y dura al ormar nitruros con Cr, +, y 1o. Los nitruros con Al proporcionan un revestimiento muy duro pero r'(il. %l proceso se puede realiar con un (as o un líquido< la nitruración con plasma est' (anando popularidad. $o 2ay necesidad de revenir y si el acero se puede tratar térmicamente, se debe templar y revenir antes de nitrurarlo. La carbonitruración es una variante de la carburación con (as, con amoniaco meclado en la atmósera del 2orno. %l revestimiento resultante es del(ado y duro.
iusión de metal
%n el cromiado, el cromo se diunde en la superfcie de los aceros y superaleaciones para incrementar la resistencia a la corrosión, pero el carburo que se orma con los aceros al carbono descarburia la superfcie. La codiusión de silicio con cromo elimina el problema. %l aluminiado se aplica para elevar la resistencia a la corrosión a alta temperatura de aceros y superaleaciones. /ecubrimientos por inmersión caliente Las pieas terminadas de acero, así como la l'mina de acero para trabajo posterior se recubren por medio de estas técnicas.
Malvaniado por inmersión caliente
Las pieas se sumer(en en un ba6o de inc undido que puede estar prote(ido con un undente. La tira de acero, soldada para producir un rollo de lon(itud infnita, se (uía a través de un ba6o undido con la ayuda de rodillos. %l tiempo de residencia y la composición del ba6o se controlan para minimiar la ormación de un intermet'lico r'(il en la interace "eNEn y para desarrollar o suprimir lentejuelas )ormación visible de cristales*. %l espesor de la capa del recubrimiento se controla soplando el e&ceso de inc con la ayuda de aire o nitró(eno. 1uc2os productos de l'mina )sobre todo en carrocerías automotrices* se sueldan por puntos y la aleación del inc con los electrodos de cobre reduce la vida del electrodo.
Malvanor recocido
Cuando la tira que emer(e del ba6o de inc se recalienta 2asta alrededor de B8=oC, el recubrimiento se transorma en ases intermet'licas de "eNEn con alrededor de I a O "e. %sto es m's avorable para la soldadura de puntos porque se aminora el aleado con el electrodo de cobre. in embar(o, el recubrimiento r'(il es propenso a a(rietarse y pulveriarse durante el ormado.
/ecubrimientos de EnNA!
+irtualmente no 2ay interace r'(il en los recubrimientos de la aleación casi eutéctica EnNBA! y se minimian las lentejuelas. 4n recubrimiento de EnNBBA! provee mejor resistencia a la corrosión, pero la superfcie presenta el acabado tipo lentejuela.
/ecubrimientos de aluminio
$o 2ay capa intermet'lica si(nifcativa con recubrimientos del(ados )de 8 a BP.tm* de una aleación de AlNi )entre B y O de i*, así que las l'minas se orman 'cilmente y son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura como los sistemas de escape para automóviles. 4n recubrimiento de Al puro orma un intermet'lico r'(il y se usa sobre todo para estructuras e&teriores li(eramente ormadas.
/ecubrimientos por sobre capas de soldadura
e pueden usar varios procesos de soldado para depositar recubrimientos relativamente (ruesos )2asta de B mm*.
/evestimiento duro
-ara mejorar la resistencia al des(aste de un cuerpo de baja resistencia pero tena, la piea se recubre con una capa superfcial muy dura y al(unas veces r'(il, que se une undiendo el sustrato. %l revestimiento duro no sólo se emplea para reparar sino también para la manuactura inicial de 2erramientas de corte, barrenas para roca, cuc2illas de corte, pieas para equipo de movimiento de tierra, v'lvulas y asientos de v'lvulas para motores diesel, (uías de sierra, matrices de orjado y tornillos para la e&trusión de productos de pl'stico y alimenticios. e usan aleaciones con base de 2ierro o de cobalto con 2asta 7O C y una alta proporción de elementos ormadores de carburos )Cr, 1o, *< las aleaciones con base de níquel contienen tanto carburos como bornros )2asta BO C Q ?*. "recuentemente tienen una concentración tan elevada del elemento aleante que no se puede manuacturar en varillas de soldadura. %ntonces, los in(redientes se incorporan en el recubrimiento undente o se empacan dentro de varillas tubulares y la aleación se orma en el proceso mismo de soldadura. Las partículas duras como el C también pueden ser depositadas en una matri met'lica. La deposición se realia con técnicas de usión de soldaduras. La entrada de calor se controla para prevenir la usión e&cesiva del volumen, lo que diluiría el depósito, pero 2ay una ona aectada por el calor. Cuando los procesos se utilian para reconstruir en(ranes, 3ec2as, matrices y otros componentes des(astados, se 2abla de sobrecapas de soldadura. La tasa de la deposición de metal aumenta de dos a cinco veces, al proporcionar polvo de metal a la ona de calor o sustituir una tira por el alambre de soldadura )recrecimiento con soldadura en tiras*. Los recubrimientos, principalmente de acero ino&idable, se aplican para resistencia a la corrosión en el revestimiento por soldadura. La deposición de C por medio de un arco eléctrico se llama endurecimiento por c2ispas, >til para 2erramientas de corte.
/ocío térmico )deposición de partículas undidas*
ifere del revestimiento duro en que el sustrato no se unde y en que la ona aectada por el calor es peque6a o nula< así, el sustrato se puede enriar con un (as o un líquido. Cualquier material cuyo punto de usión sea de al menos G88JC por debajo de su temperatura de vaporiación o descomposición puede rociarse. 4n material met'lico o no met'lico en orma de alambre o polvo se alimenta en una uente de calor como una 3ama de o&í(eno y combustible )rocío con 3ama de alambre o polvo*, en un arco producido entre dos electrodos consumibles )rocío con arco*, o en un arco de plasma no transerido )rocío con plasma*, el cual también se puede operar en el vacío )roda de plasma al vacío*. %n un proceso >nico, la combustión de o&í(eno y (as combustible en un espacio confnado produce un 3ujo supersónico de alta presión de (as, ya sea continuo Rrocío de polvo de alta velocidad )K+0"*, o intermitente )pistola de detonación*, y el polvo se alimenta en este 3ujo. %l material undido o suaviado c2oca con la superfcie, se aplana en plaquillas )listones* para construir un recubrimiento laminar. Las velocidades varían de G8 a 88 mis y pueden e&ceder los 888 m:s. %l espesor del
recubrimiento es de 2asta G mm para aleaciones errosas, de B mm para las no errosas, y por lo (eneral de 8.7 mm para cer'micos y carburos. Como el enlace es principalmente mec'nico, la superfcie se debe 2acer 'spera por medio de un c2orro de arena o si el cuerpo es cilíndrico, por roscado. e utilian recubrimientos met'licos )En, Al, aleación de EnNAl*, de matri met'lica )A!N l0A!-G* y cer'micos )por ejemplo, en boquillas de los motores de co2etes y en matrices para la e&trusión en caliente de acero. Los polvos de metal a menudo se producen a través de técnicas de solidifcación r'pida. Las posibilidades son infnitas< por ejemplo, se depositan capas alternantes de metalNcer'mico, como también polvos 3uoropoliméricos recubiertos de cer'mico. Los recubrimientos se aplican para elevar la resistencia a la corrosión a temperaturas atmoséricas y altas )turbinas y motores de reacción de operación en tierra*, para la resistencia al des(aste en la industria te&til, de papel y met'lica< y como recubrimientos de barrera térmica para motores de reacción y diesel.
Características de los procesos de roció
/%C4?/!1!%$ T0 1%TSL!C0
Los recubrimientos met'licos superfciales se pueden aplicar mediante varias técnicas.
%lectrodeposición
%n el electroormado, se deposita una capa de metal y lue(o se retira de una 2erramienta )mandril* para abricar una piea. %l mismo proceso electroquímico se puede emplear para la electrodeposición )recubrimiento* de una piea producida por medio de otra técnica, pero a2ora el depósito se queda en su lu(ar por raones estéticas o técnicas, sobre todo para dar resistencia al des(aste y a la corrosión. -or lo tanto, nuestros esueros se diri(ir'n a elevar la uera del enlace entre el recubrimiento y el sustrato. e da un cuidado e&tremo a la limpiea de la parte al utiliar las técnicas descritas en la sección I.. La deposición de metal es lenta )por lo (eneral 2asta BDm :2*, pero el espesor del recubrimiento )a menudo de 8 a B88 Dm :2* se puede controlar con precisión. Las pieas con conf(uraciones superfciales irre(ulares pueden recubrirse uUliormemente de manera raonable, en especial si el 'nodo est' bien colocado y si es necesario, tiene orma. e acumula una capa (ruesa en los bordes y si esto es inaceptable, el e&ceso se remueve con un maquinado abrasivo, o se cambia la orma de la piea para compensar la acumulación dierencial. Así, a las esquinas se les dan radios (enerosos y las paredes de los recesos se a2>san. La deposición se puede evitar localmente cubriendo la superfcie. %l esta6o y el inc se depositan de manera continua en la l'mina de acero para un trabajo posterior. %l inc y el cadmio se depositan sobre pieas que requieren resistencia a la corrosión, pero el cadmio no se puede usar para aplicaciones de alimentos debido a su to&icidad. %l cobre se deposita para protección contra la corrosión y para producir circuitos eléctricos. %l níquel se emplea e&tensamente para proveer resistencia a la corrosión. %l cromo se aplica en una capa del(ada )cerca de .GDm* sobre recubrimientos de níquel por raones estéticas. Las capas m's (ruesas )de .B a B88Dm*, colocadas directamente sobre el metal base )recubrimiento duro de cromo, K+ 888*, pueden necesitar pulido con diamante, pero entonces imparten resistencia al des(aste a las matrices y reducen su ad2esión a muc2os materiales de las pieas de trabajo, incluyendo el aluminio y el inc. Los metales preciosos se usan para propósitos decorativos y sobre todo en dispositivos electrónicos, para protección contra la corrosión.
/ecubrimiento sin electricidad
La piea, sumer(ida en un ba6o acuoso de sales met'licas, un a(ente reductor y varios aditivos, act>a como cataliador para la reducción de iones met'licos con el objeto de ormar el recubrimiento. La deposición pro(resa a una rapide uniorme sobre toda la superfcie, incluso en pieas de conf(uración compleja y en cavidades. %l recubrimiento se adel(aa en los bordes a(udos y por tanto se les deben dar radios de 8.7 mm. La aplicación m's amplia es para el níquel con 2ipoosfto como a(ente reductor. %l recubrimiento incorpora de a 8O -< la durea disminuye pero la resistencia a la corrosión se incrementa al elevar el contenido de -. La durea de los recubrimientos de - aumenta a>n m's )2asta K+ 888* con un tratamiento térmico. e pueden incorporar partículas de -T"%, iC ; de diamante. La deposición sin emplear electricidad de cobre y oro se usa en placas de circuitos impresos.
C2apado mec'nico
Cuando las pieas se tombolean con cuentas de vidrio, polvo met'lico y químicos aceleradores en a(ua, se deposita un recubrimiento met'lico bajo el impacto de las cuentas de vidrio. %l enlace se realia esencialmente por mecanismos de soldadura en río. 4na (ran ventaja es que no 2ay ra(ilidad por 2idró(eno, tan recuente con los métodos químicos y electrolíticos.
1etaliación de pl'sticos y cer'micos
La electrodeposición en superfcies no met'licas se 2a practicado desde 2ace muc2o tiempo, pero la escasa ad2erencia 2io necesaria la contención completa )como en 3ores y apatos de bebé*. Las aplicaciones técnicas ueron posibles al mejorar la ad2esión por medio del entrelaado mec'nico, y posiblemente también (racias a enlaces químicos. Los recubrimientos se aplican con propósitos decorativos )accesorios de plomería, pieas automotrices*, en re3ectores )aros de automóviles*, en la conducción eléctrica )tableros de circuitos impresos*, y en la protección electroma(nética )dispositivos electrónicos*. La preparación para el c2apado sin electricidad implica varios pasos dise6ados para remover las películas superfciales y mejorar la ad2esión. Así, al preparar A?, se usa una mecla de 'cido crónico y sul>rico para retirar la ase butadieno de la superfcie. Lue(o se retiran todos los residuos del 'cido, la superfcie se catalia con una capa muy del(ada de paladio y se deposita níquel o cobre. obre el c2apado producido de esta manera se pueden electroc2apar varios metales. %l rocío térmico se aplica a todos los pl'sticos a condición de que las temperaturas no sean demasiado altas. %sto lo limita a metales de bajo punto de usión, principalmente inc. La superfcie a menudo se 2ace ru(osa, o se recubre con una pintura, para mejorar la ad2esión.
eposición ísica por vapor )-+* conf(uración b'sica, en la cual la uente puede ser un )b* alambre evaporado en un flamento de tun(steno, )el usión calentado por inducción de radiorecuencia o )d* metal impactado por un 2a de electrones.
%-0!C!#$ "U!CA -0/ +A-0/ )-+* 4na sustancia como un metal o un ó&ido puede evaporarse con la aplicación de sufciente calor. Los 'tomos o moléculas liberadas se alejan de la uente en todas direcciones< cuando lle(an al ran(o de atracción atómica o molecular de la piea de trabajo )sustrato*, se condensan en él. -ara acilitar el enlace, la piea de trabajo a menudo se calienta por debajo de su punto de usión. e practican varios métodos de operación.
-+ térmica
%n la orma b'sica de la -+ )también llamada deposición al vacío*, la sustancia, por ejemplo un metal, se evapora por medio de al(una de varias técnicas5 se colocan peque6os (anc2os de alambre en un flamento de metal reractario calent'ndolo en un crisol por inducción o, para una rapide mayor de deposición, se usa la incidencia de electrones en la superfcie del metal. %n el %?N-+, el calentamiento se confna a una ona peque6a del metal y no se introducen
contaminantes desde los crisoles. 4na variante nueva es la deposición por l'ser pulsado, en donde los impulsos cortos de l'ser )l8NG8 ns* evaporan la sustancia )que puede ser un metal o un cer'mico, como un superconductor de alta temperatura*. Los c2oques con 'tomos de aire o de otro (as reducirían la efciencia del sistema< por lo tanto, la -+ se traslada en una campana de vidrio, evacuada 2asta 8N7 a 8N -a. %l espesor se monitorea colocando un cristal de cuaro en la campana< a medida que el depósito se acumula, la recuencia natural del cristal, y en consecuencia la de un oscilador controlado por cuaro, cambia. La tasa de deposición es de al(unos micrómetros por 2ora, pero se incrementan a m's de 8 Dm:2 en el %?N-+. -ueden introducirse (ases )o&í(eno, nitró(eno o (ases de 2idrocarburos* en orma medida en la c'mara de vacío para producir ó&idos, nitruros o carburos por evaporación reactiva )una transición a la deposición química por vapor*. -ara un mejor enlace, con recuencia se calienta el sustrato. La rapide de deposición se acelera con la aplicación de un campo eléctrico de C, 2aciendo a la uente el c'todo, y al sustrato el 'nodo. %l material se remueve de la uente en orma de iones car(ados ne(ativamente, que se aceleran 2acia el sustrato mediante la car(a positiva del sustrato.
eposición de metal por bombardeo iónico
%l método de operación cambia cuando la c'mara de vacío se vuelve a llenar parcialmente )de G a H -a* con un (as inerte pesado como el ar(ón. Los (ases no son conductores a temperatura ambiente, pero los electrones se pueden separar de los 'tomos )el (as se ionia y es conductor* suministrando ener(ía en orma de impacto de electrones, rayos V, lu ultravioleta, o calor. %n eecto, en un plasma una mecla neutra y (aseosa de electrones e iones positivos se orma al calor intenso de un arco de soldadura. %se plasma de alta temperatura sería in>til para otros propósitos, pero se puede obtener otro imponiendo un campo eléctrico de ma(nitud crítica sobre un (as. 1uc2os de los electrones liberados por la entrada de ener(ía los capturan los iones positivos, aunque al(unos sobreviven y se dispersan el'sticamente para c2ocar con los 'tomos circundantes, e&cit'ndolos así 2acia estados cu'nticos mayores. Cuando los 'tomos re(resan al estado estable, la ener(ía liberada se emite como otones, provocando la descar(a luminiscente característica. i la ener(ía de electrones es sufcientemente alta, éstos ionian a otros 'tomos, por lo tanto, por encima de un voltaje crítico )el potencial disruptivo* el (as se ionia y se vuelve conductor. -or lo (eneral, de los 8@ 'tomos:cmG que est'n presentes a presión atmosérica, sólo 8 IN8 'tomos:cmG se ionian. e a2í que, aunque la temperatura media de los electrones est' entre 87 y 8@ W el (as en sí permanece río, una (ran ventaja para muc2os procesos. -ara la -+, el plasma se orma imponiendo un alto potencial cd ) a @ 9+* en los dos electrodos colocados en la envolvente vuelta a llenar. Los iones de ar(ón positivos y pesados se aceleran en el campo eléctrico y se lanan contra el c'todo )objetivo, la sustancia que se va a depositar* a tal velocidad que el impacto desaloja )c2isporroteo* a los 'tomos de la superfcie< los 'tomos liberados de esta manera se depositan en el 'nodo )sustrato, la piea que se va a recubrir*. i el (as es o&í(eno en ve de ar(ón, los 'tomos del c'todo desalojados se o&idan inmediatamente y se deposita un ó&ido en el sustrato )c2isporroteo reactivo*. %l c2isporroteo también es >til en otras ormas5 si a los sustratos se les da una car(a ne(ativa, su superfcie se limpiar' de todos los contaminantes y películas adsorbidas )ataque químico por rayo l'ser*. Los aislantes no se pueden tratar con -+ con C porque una car(a positiva se acumula en el c'todo, repeliendo los iones de Ar. -or lo tanto, la -+ se conduce con CA en el ran(o de radiorecuencia )r* )la recuencia de G.B@ 1K est' asi(nada internacionalmente para uso industrial y científco*. 4na (ran ventaja de ese c2isporroteo por r es que, como el 'nodo se descar(a cada medio ciclo de polaridad inversa, el electrodo se puede cubrir incluso con un aislante, permitiendo el procesamiento de i8 y de otros cer'micos. %n el c2isporroteo con ma(netrón el objetivo )c'todo* est' rodeado por un campo ma(nético que captura electrones, incrementando su efciencia de ioniación, y en consecuencia la rapide de pulveriación. Los 'tomos viajan en línea recta )deposición rectilínea*, y las ormas reentrantes no se pueden recubrir. La rapide de deposición es constante para los puntos que yacen en la superfcie interna de una esera, así que los sustratos se sujetan a secciones rotatorias eséricas. La rapide de deposición usual es de Dm:min para el aluminio.
/ecubrimiento iónico
%l recubrimiento iónico es una combinación de la -+ térmica y del c2isporroteo la rapide de evaporación se mantiene m's alta que la del c2isporroteo del sustrato. %n consecuencia, se
orma un recubrimiento denso y ad2erente mientras la superfcie se limpia continuamente por los iones de bombardeo. %n el recubrimiento iónico reactivo un (as reactivo es admitido en el ar(ón< así, el proceso representa una transición a la deposición química de vapor. %l amiliar recubrimiento de Ti$ de color oro se orma en las 2erramientas de corte evaporando titanio en una atmósera de ArN$. Los recubrimientos son lisos, densos y tienen esueros residuales elevados de compresión. e a(re(an otras composiciones< en particular, el TiA!$ tiene alta resistencia a la o&idación. La deposici@n asistida por 2a t@nico combina la -+ con el bombardeo por iones producidos independientemente en un ca6ón asistido por iones. Los recubrimientos son densos y tienen alta ad2esión y si el evaporante o 2a iónico es reactivo, se puede depositar una capa compuesta )por ejemplo, iG$7*.
Carburación y nitruración por plasma
También llamados carburación iónica y nitruración iónica, estos procesos aprovec2an la ioniación del (as en un plasma. Así, los iones bombardean la superfcie y desarrollan capas proundas de diusión. Las capas de carburo se orman en (as metano y las capas de nitruro con nitró(eno.
%-0!C!#$ =4U1!CA -0/ +A-0/ )C+ *
%l término deposición química por vapor )C+* se refere a la deposición de un elemento )o compuesto* producido por una reacción de ase de vapor entre un compuesto del elemento y un (as o vapor reactivo, con la ormación de derivados que se deben retirar del reactor. Con recuencia se 2acen provisiones para la introducción de varios compuestos reactivos en sucesión. . %n la orma b'sica de la C+ )C+ térmica*, los (ases reactivos se introducen en una c'mara )reactor* y los derivados se retiran a través de un sistema de escape. e puede conducir a presión atmosérica )A-NC+* o a una presión reducida, m's baja )8 -a* )L-NC+*. La temperatura en el reactor se mantiene sufcientemente alta )por lo (eneral I88JC o mayor* para iniciar la reacción. ebido a la alta temperatura, el recubrimiento se a(rietara al enriarse si e&iste una (ran dierencia en el coefciente de dilatación térmica entre la base y el recubrimiento. Adem's, los aceros para 2erramienta deben tratarse térmicamente de nuevo después de recubrirlos. . Al(unas de las desventajas anteriores se minimian en la C+ por plasma )C+ asistida por plasma o -ANC+*5 la reacción se activa con un plasma, así las temperaturas son muc2o menores )de G88 a 88JC*. %l proceso est' (anando popularidad en los recubrimientos de 2erramientas. La ener(ía de rayos l'ser también se puede utiliar )C+ por l'ser*. G. %n la C+ en reactor cerrado, las pieas se encierran con los reactivos en una caja y se calientan. %n consecuencia, la carburación y la nitruración sólidos, el cromado, el aluminiado y el siliconiado pertenecen a esta cate(oría.
!1-LA$TAC!#$ % !0$% %l proceso se basa en la observación de que si los iones se aceleran sufcientemente, se alojar'n en el objetivo, así las especies de 'tomos e&tra6os contaminan la superfcie. -ara que el proceso sea viable industrialmente, se debe encontrar una uente iónica económica. . %n el proceso ori(inal, la uente iónica consiste en un (as alimentado y en un 2orno caliente. %l vapor o compuesto vol'til (enerado en el 2orno entra a una descar(a de plasma de (as noble, donde se ionia. Así pues, se (eneran los iones del elemento contaminante y del (as. espués de la aceleración, los iones se someten a un im'n uerte )im'n analiador o separador de masa*, que desvía los iones de manera que solamente las especies deseadas pasan a través de una rendija )apertura de resolución*. Los iones se aceleran 2asta un nivel de ener(ía elevado )G8 a 88 9e+*, por lo que en el impacto penetran unos l0 a 888 nm por debajo de la superfcie del sustrato, aun si est' presente una película de ó&ido )en eecto, recuentemente se (enera intencionalmente tal película para prote(er la superfcie de reacciones no deseadas*. Los voltajes que se aplican a las placas desviadoras provocan que el 2a barra el 'rea objetivo )o bien puede dejarse fjo el 2a y el objetivo se mueve mec'nicamente*. . %n un proceso m's reciente, un arco de plasma es la uente iónica, reduciendo en (ran medida el costo de la implantación. Los iones pierden su ener(ía en c2oques con los n>cleos y electrones del objetivo y lle(an al reposo a una distancia por debajo de la superfcie. Así, la composición superfcial se modifca sin
cambio dimensional y con calentamiento mínimo )normalmente por debajo de los 88JC*. Los recubrimientos resistentes al des(aste se producen en 2erramientas e implantes como las prótesis para reemplao de la cadera, pero la aplicación m's importante es para dispositivos de estado sólido. i el ion entra con una alineación perecta con una dirección cristalo(r'fca principal, penetra proundamente. -ara evitar ese eecto de canaliado, el 2a de iones tiene una dirección un poco oblicua al eje del cristal, y así se obtiene una distribución de la proundidad a partir de la superfcie.
/%C4?/!1!%$T0 0/MS$!C0
%l recubrimiento superior de muc2os productos es una capa or('nica clara o pi(mentada )pintura*. %s un sistema de componentes m>ltiples que consiste en un ormador de la película )a(lutinante, que puede ser un aceite natural o un polímero natural o sintético*, pi(mentos sólidos fnamente distribuidos para proporcionar color y opacidad )con menos recuencia un tinte soluble*, varios aditivos )a(entes de curado, plastifcantes, estabiliadores 4+, etcétera* y en la mayoría de los casos, un solvente o un dispersante. %n unción del tipo de solvente, las pinturas se clasifcan como5 . Los esmaltes )no conundirlos con los esmaltes vítreos,* orman películas por medio de la evaporación del solvente, la o&idación o polimeriación. Las pinturas con altos sólidos contienen m's de 8O de sólidos en volumen para reducir los +0C )compuestos or('nicos vol'tiles*. . Las lacas orman películas por medio de la evaporación del solvente. G. Las pinturas en a(ua pueden ser verdaderas soluciones, dispersiones coloidales o emulsiones. 7. La pintura en polvo est' completamente ormulada y molida en polvo fno. %l secado de una pintura puede ser tan sencillo como el secado con aire, pero puede implicar un ciclo de curado por calentamiento controlado, 4+, o de microondas. La ormulación de la pintura es tanto un arte como una ciencia bien desarrollados y se pueden encontrar pinturas adecuadas para la mayoría de los fnes y métodos de aplicación. 4na preocupación importante es el impacto en el ambiente y la salud, así que las ormulaciones de las pinturas y los métodos de aplicación 2an e&perimentado un cambio r'pido en las >ltimas dos décadas. -ara consideraciones tanto ambientales como de costo, se realian los m'&imos esueros posibles para incrementar la efciencia de la transerencia )porcentaje de pintura que se queda en el producto*, para recuperar el sobrerrocío y para minimiar la contaminación del aire. Aplicación %l primer paso siempre es la limpiea completa. -ara mejor ad2esión de la pintura, se aplica un recubrimiento de conversión. La aplicación de la pintura puede ser manual, por inmersión, mecaniada, o mediante robots especialiados con cinco o m's ejes de control. . La aplicación con broc2a es puramente manual y rara ve se aplica en la producción de altos est'ndares, e&cepto para reparación de 'reas no e&puestas. . La aplicación con rodillos es adecuada para la mecaniación en el recubrimiento de superfcies planas. G. %l recubrimiento por rocío se usa muc2o con control tanto manual como autom'tico. %n el recubrimiento manual por rocío, la efciencia de transerencia es pobre< la pintura se aplica en el campo de visión y la pistola se debe manipular alrededor de la piea. %n el rocío electrost'tico, la piea y la pintura se conectan a una uente de poder C de alto voltaje )2asta G8 9+*. La efciencia de la transerencia se incrementa en (ran medida. Las partículas de la pintura rodean la piea, alcanando los recesos, pero a menos que se controlen de orma apropiada, acumulan un recubrimiento m's (rueso en los bordes )eecto de jaula de "araday*. La atomiación puede realiarse por medio de aire a cerca de 1-a )para mejor acabado superfcial*, presuriando la pintura 2asta G8 1-a y dispens'ndola a través de una boquilla peque6a )rocío electrost'tico sin aire*, desarrollando una presión menor )de a 1-a*, y asistiendo la atomiación con aire au&iliar, o por ueras centríu(as desarrolladas en una campana o un disco de rotación r'pida )G8 888 rpm*. 7. La pintura se puede aplicar sumer(iendo la parte en un tanque. Las pinturas autooréticas se depositan por la acción catalítica del metal )aleaciones errosas*. Las pinturas electro a réticas se colocan en el cuerpo de metal car(ado y se pueden ormular para ormar una película ya sea en una superfcie catódica o anódica. B. %n la deposición de polvo, el polvo se dispensa por medio de aire comprimido a través de una pistola, con recuencia de manera electrost'tica. Como la pintura est' completamente ormulada, se debe calentar antes de la aplicación )termopl'sticas* o curar después de ella )termofjas*. Las carrocerías de automóviles tienen un sistema avanado de protección contra la corrosión que también satisace requisitos estéticos. La mayor parte de las carrocerías a>n se abrica de l'mina met'lica y el sistema de protección contra la corrosión tiene varios elementos. Las l'minas
met'licas se recubren )por ejemplo, mediante uno de los procesos de (alvaniado*. La carrocería soldada pasa por un n>mero de estaciones de rocío y tanques donde se limpia, se enjua(a de manera repetida, se osato )para protección contra la corrosión y ad2esión de la pintura*, se enjua(a, neutralia, se lava de nuevo )también puede recibir un enjua(ue de 'cido crómico*, se enjua(a y se seca. La pintura en sí suele aplicarse en tres o cuatro manos. 4na inmersión electroorética deposita 2asta GBDm de recubrimiento base de resina, el cual se 2ornea a alrededor de H8JC. e aplica un recubrimiento pl'stico )-+C* amorti(uador de sonido a 'reas selectas )compartimiento del neum'tico y parte inerior de la carrocería* y uno elastomérico de protección contra piedras a la parte inerior de la carrocería. Lue(o se aplica el imprimado, a menudo como polvo, en una capa de 78 !lm de espesor, 2orneado a 8JC. Al(unos productos reciben después un recubrimiento de acabado, pero en la mayoría de los casos se aplica un recubrimiento base de color se(uido de un recubrimiento superior transparente, 2orneado a alrededor 78JC. %ntre cada capa, los deectos se deben corre(ir a mano< se realian (randes esueros para minimiar este trabajo controlando la pintura y su aplicación por medio de características de dise6o que acilitan la aplicación uniorme de la pintura.
