TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales TEMA 12 Tratamientos superficiales
Tratamientos superficiales ÍNDICE 12.0 Introducción 12.1 Modificación superficial (sin cambio de composición) 12.2 Modificación superficial (con cambio de composición) 12.3 Recubrimientos superficiales
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.0 Introducción Fricción, desgaste, oxidación, corrosión propiedades superficiales Modificación superficial Tratamientos superficiales alteran la superficie de los productos con el fin de mejorar su resistencia al desgaste, oxidación… Material convencional
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.1 Modificación superficial (sin cambio de composición) Por inducción Temple superficial Por bombardeo Por láser Fusión y resolidificación microestructuras muy finas (más duras), formación de fases de no equilibrio e incluso fases vítreas.
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.2 Modificación superficial (con cambio de composición) Al modificar la composición química superficial microestructuras y propiedades muy diferentes a las del material original Generalmente estos tratamientos se aplican en estado sólido, aunque también sería posible fundir localmente con láser la superficie del producto y añadir al baño los aleantes precisos en forma de polvos Los procesos termoquímicos consisten en la introducción por difusión de átomos apropiados (C en el caso de la carburación, N en la nitruración, C y N en la carbonitruración...)
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.2 Modificación superficial (con cambio de composición)
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.2 Modificación superficial (con cambio de composición) IMPLANTACIÓN IÓNICA Bombardeo en frío con iones acelerados mediante diferencia de potencial N+, N2+, C+, B+, Ti+, Al+ Profundidades ≤ 1μm apenas se modifican dimensiones ni acabados superficiales Proceso muy versátil, aplicable sobre cualquier material
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales Función de los recubrimientos Protección contra la corrosión Mejorar el aspecto (textura) superficial del producto Aumentar la resistencia al desgasto y/o reducir la fricción Aumentar la conductividad o la resistencia eléctrica Reconstruir superficies gastadas
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.1 Recubrimientos por inmersión o por vía electroquímica ELECTRODEPOSICIÓN O RECUBRIMIENTO ELECTROQUÍMICO Me Me+ + e Me+ + e Me El volumen de metal depositado es directamente proporcional a la intensidad de corriente circulante y al tiempo Metales más comunes: Zn (sobre acero: galvanizado), Ni, Cr, Cu, Sn (sobre acero: hojalata) Au, Ag y Pt
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.1 Recubrimientos por inmersión o por vía electroquímica ANODIZADO Proceso electrolítico de protección ambiental de las aleaciones de Al y Mg, que consiste en la formación de un óxido protector, que aísla al producto del medio ambiente y de este modo dificulta la corrosión posterior del mismo En este caso la pieza a recubrir constituye el ánodo de la celda (Me Me+ + e) Los cationes metálicos forman el correspondiente óxido en presencia de un medio oxidante
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.1 Recubrimientos por inmersión o por vía electroquímica INMERSIÓN EN CALIENTE Se sumerge la pieza en un baño fundido de un segundo metal. Al extraer la pieza, el segundo metal solidifica sobre la superficie del primero. El tiempo de inmersión controla el espesor de la capa (40μm<e<100μm) Metales más comunes: Zn, Al, Sn y Pb Se obtiene una excelente adherencia ya que la difusión que opera necesariamente a las temperaturas del tratamiento lleva a la formación de compuestos intermetálicos de transición
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.1 Recubrimientos por inmersión o por vía electroquímica
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.1 Recubrimientos por inmersión o por vía electroquímica ESMALTADOS Recubrimientos cerámicos vítreos (porcelanas) que se aplican sobre productos metálicos y cerámicos (sanitarios...) con el propósito de mejorar su apariencia y durabilidad. Las piezas, una vez recubiertas deben ser secadas y sinterizadas
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.2 Procesos de deposición en fase vapor DEPOSICIÓN FÍSICA DE VAPOR (PVD) 1.Generación de vapor 2. Transporte del vapor hasta el sustrato (pieza a cubrir) 3. Condensación del vapor sobre la superficie del sustrato (normalmente dentro de una cámara donde se ha realizado el vacío)
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales Deposición Física de Vapor (PVD) 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.2 Procesos de deposición en fase vapor Efecto Joule Gran variedad de recubrimientos y sustratos (metales, vidrio, plásticos, cerámicas) Velocidades de deposición del orden de unas pocas μm por minuto
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.2 Procesos de deposición en fase vapor DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR (CVD) Recubrimientos de compuestos (Al2O3, TiC, Si3N4) Surgen como consecuencia de la reacción química entre dos gases a alta temperatura TiCl4 + CH4 (1000ºC) TiC + 4 HCl 3 SiF4 + 4 NH3 (1000ºC) Si3N4 +12 HF Ni(CO)4 (200ºC) Ni + 4CO
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.2 Procesos de deposición en fase vapor DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR (CVD) Velocidades de deposición del orden de entre 0,1 y 1 μm por minuto Altas temperaturas Fuertes adherencias
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.3 Proyección térmica Proyección térmica Utilizan una fuente de calor (combustión de un gas, arco eléctrico, plasma...) para fundir el material del revestimiento que se aporta en forma de alambre o de polvo muy fino y las gotas fundidas se proyectan a gran velocidad contra la superficie a recubrir con la ayuda de un gas (normalmente aire)
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.3 Proyección térmica Las gotas chocan violentamente contra la superficie fría, solidifican rapidísimamente en contacto con ella, consiguiendo una buena adherencia La adherencia lograda aumentará al hacerlo tanto la temperatura como la velocidad de las partículas en el momento del impacto Método muy versátil ya que es posible proyectar cualquier material incluidos refractarios.
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.3 Proyección térmica Oxidación de las partículas durante el vuelo en contacto con el aire que las rodeael uso de gas inerte limita este problema El inevitable atrape de aire se incorpora al recubrimiento porosidad
Tratamientos superficiales TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tratamientos superficiales 12.3 Recubrimientos superficiales 12.3.3 Proyección térmica Deposición de recargues (no es estrictamente un método de recubrimiento por proyección térmica) Técnicas de soldeo Recubrimientos gruesos