PROCESOS DE RECUBRIMIENTO Y DEPOSICIONLos productos hechos de metal casi siempre están recubiertos, con pintura, chapeado 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.

En ocasiones los materiales no metálicos también se recubren. Algunos ejemplos son: 1) Partes 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.

CHAPEADO Y PROCESOS AFINESEl chapeado 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 partes plásticas y cerámicas. Las razones para chapear una parte incluyen: 1) la protección ante la corrosión, 2) el aspecto atractivo, 3) la resistencia al desgaste, 4) una mayor conductividad eléctrica, 5) mejorar la soldabilidad y 6) mejorar la lubricidad de la superficie. La tecnología más conocida y de mayor uso es la electrodeposición.

ElectrodeposiciónLa electrodeposición, también conocida como recubrimiento electroquímico, es un proceso electrolítico en el cual se depositan iones metálicos en una solución electrolítica dentro de una parte de trabajo que funciona como cátodo.El ánodo está hecho generalmente del metal que se recubre y, por tanto, funciona como fuente del metal recubierto. Se pasa corriente directa de un transformador de corriente extemo 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 partes deben pasar por una limpieza química justo antes de la electrodeposición.

Métodos y aplicaciones Existen diversos equipos para la electrodeposición y su elección depende del tamaño y la geometría de partes, 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 partes pequeñas en un lote. El contacto eléctrico se mantiene a través de la acción de frotado de las partes 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 partes de metal suave, en los componentes roscados, en las partes que requieren buenos acabados y en las partes pesadas con bordes afilados.

La deposición en estantes se usa para partes 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 partes y conducir la corriente a través de ellas. Los estantes se fabrican de modo que las partes 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 partes 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 jala a través de la solución para chapeado mediante un riel de alimentación. El alambre recubierto es un ejemplo adecuado de su aplicación.Mediante este método también se recubren partes de láminas metálicas pequeñas sostenidas en una larga tira. El proceso puede prepararse de modo que sólo se involucren las regiones específicas de las partes; por ejemplo, los puntos de contacto chapeados con oro en los conectores eléctricos.

Los metales para recubrimiento más comunes en la electrodeposición incluyen el zinc, el níquel, el estaño, el cobre y el cromo. El acero es el metal de sustrato más común. También se chapean 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 partes de láminas metálicas. El recubrimiento con zinc funciona como una barrera que se sacrifica para evitar la corrosión del metal que está debajo.

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 estaño 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. 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 recubrimientoselectrodepositados más duros, y por esta razón se usa ampliamente para partes 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.

ElectroformadoEste proceso es virtualmente igual que la electrodepositación pero su propósito es muy distinto. El electroformado implica la deposición electrolítica de metal en un patrón hasta obtener el grosor requerido; después se remueve el patrón para dejar la parte formada.Los modelos usados en el electroformado son: 1) sólidos o 2) desechables. Los patrones sólidos tienen un ahusamiento u otra geometría que permite la remoción de la parte

electrodepositada. Los modelos desechables se destruyen durante la remoción de la parte, y se usan cuando la forma de la parte imposibilita un patrón sólido.

Por lo general, las partes electroformadas 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.

Deposición sin electricidadLa 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 parte 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 parte de trabajo actúa como catalizador para la reacción.

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 partes plásticas con propósitos decorativos.

Inmersión en calienteLa 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.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, y2) 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 chapeado 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 partes de acero y hierro en un proceso por lotes, así como a láminas, tiras, tuberías, conductos y alambres en un proceso automatizado continuo.

RECUBRIMIENTOS POR CONVERSIÓNUn 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.

Las razones importantes para usar los procesos de recubrimiento por conversión son: 1) protección contra la corrosión, 2) preparación para pintura, 3) reducción del desgaste, 4) 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 partes.

Los procesos de recubrimiento por conversión se dividen en dos categorías: 1) tratamientos químicos y 2) anodizados. La primera categoría incluye procesos que implican sólo una reacción química; los recubrimientos por conversión con fosfato y cromato son los tratamientos comunes. La segunda categoría es el anodizado, en la cual se produce un recubrimiento de óxido mediante una reacción electroquímica (anodizado es la contracción castellanizada del inglés anodic oxidize que se traduce como oxidación anódica).

Recubrimientos por conversión químicaEstos 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 A120 3 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 (H3P 0 4). El grosor del recubrimiento varía de 0.0001 a 0.002 pulg (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, el cadmio, el cobre, el magnesio y el zinc (y sus aleaciones). La inmersión de la parte 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 0.0001 pulg (0.0025 mm). Las razones para un recubrimiento con cromatos son: 1) protección contra la corrosión, 2) base para pintura y 3) propósitos decorativos. 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.

AnodizadoMientras 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.Resulta interesante comparar el anodizado con el electrochapeado, porque ambos son procesos electrolíticos. Son evidentes dos diferencias: 1) en la deposición electroquímica, la parte de trabajo que se va a recubrir es el cátodo en la reacción. En contraste, en el anodizado el trabajo ocurre en el ánodo, mientras que el tanque de procesamiento es catódico. 2) En la electrodeposición, el recubrimiento se aumenta mediante la adhesión de iones de un segundo

metal a la superficie metálica base. En el anodizado, el recubrimiento de la superficie se forma mediante una reacción química del metal de sustrato dentro de una capa de óxido.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.

DEPOSICIÓN FÍSICA DE VAPORLa 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.

Las aplicaciones de la PVD incluyen los recubrimientos decorativos delgados sobre partes de plástico y metálicas, tales como trofeos, juguetes, plumas y lápices, empaques para relojes y adornos para interiores de automóviles. Los recubrimientos son películas delgadas de aluminio (de alrededor de 150 nm) aplicadas con laca transparente para proporcionar un aspecto de plata o cromo satinado. Otro uso de la PVD es la aplicación de recubrimientos antirreflejantes de fluoruro de magnesio (MgF2) sobre lentes ópticos. La PVD se aplica en la fabricación de artículos electrónicos, principalmente para la deposición de metales que tiene el propósito de formar conexiones eléctricas en circuitos integrados (capítulo 34). 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. Por lo general, la secuencia anterior se realiza dentro de una cámara de vacío, por esta razón se debe evacuar la cámara antes del proceso de deposición física de vapor real.La síntesis del vapor del recubrimiento se obtiene mediante diversos métodos, tales como el calentamiento por resistencia eléctrica o el bombardeo con iones para vaporizar un sólido (o líquido) existente. Éstas y otras variables producen varios procesos de deposición física de vapor. Se agrupan en tres tipos principales: 1) evaporación en vacío, 2) bombardeo de partículas atómicas y3) recubrimiento iónico.

Evaporación al vacío Características: El equipo tiene un costo relativamente bajo y es sencillo; la deposición de compuestos es difícil; la adhesión del recubrimiento no es tan buena como para otros procesos de deposición física de vapor.Materiales comunes de recubrimiento: Ag, Al, Au, Cr, Cu, Mo, W.Bombardeo de partículas Características: Mejor descarga de energía y adhesión del recubrimiento que la atómicas (sputtering) evaporación al vacío, es posible recubrir compuestos, velocidades de deposición mas lentas y un control de proceso mas difícil que la evaporación al vacío.Materiales comunes de recubrimiento. Al2O3, Au, Cr, Mo, SiO2, Si3N4, TiC, TiN.Recubrimiento iónico Características: La mejor cobertura y adhesión del recubrimiento entre los procesos de deposición física de vapor, control de proceso mas complejo, velocidades de deposición mas altas que la deposición electrónica.Materiales comunes de recubrimiento. Ag, Au, Cr, Mo, Si3N4, TiC, TiN.