investigación de las características de adherencia sobre

PROGRAMA DE DOCTORADO DE INGENIERA MECNICA Y MATERIALES

INVESTIGACIN DE LAS CARACTERSTICAS DE ADHERENCIA

SOBRE MATRICES DE EMBUTICIN DE ACERO F-1110, Y

ANLISIS MEDIANTE ENSAYOS DE EMISIN ACSTICA, DE

RECUBRIMIENTOS DE NQUELXIDOS Y CARBUROS

CERMICOS, APLICADOS POR PROYECCIN TRMICA, Y DE LAS

CARACTERSTICAS ADHESIVAS CON ALEACIONES METLICAS

DE EMBUTICIN.

TESIS DOCTORAL

PRESENTADA POR: D. PEDRO ANTONIO MAITA

DIRIGIDA POR:

Dr. D. CARLOS FERRER GIMNEZ

Dr. D. MANUEL PASCUAL GUILLAMN

VALENCIA, 2007

UNIVERSIDAD POLICTNICA DE VALENCIA

DEDICATORIA

A Dios Altsimo, por sus bendiciones. Mi madre, Ramona de J. Maita de Martnez (). Mis abuelos, Pedro Maita Rivas y Amada E. Domnguez de Maita (). Mi esposa, Arvelis del C. Muoz de Maita. Mis hijos, Paola de los A. y Pedro J., Maita Muoz. Mis hermanos, Dionicio, Daniel, Yudely, Agustn y Rosa. Mis tos, Aurelio (), Beln, Amalia, Alberto, Elio, Celia, Olayda y Hayde. Mis sobrinos, Dionicio, Dioneglis, Yenire, Daniela, Gabriela y Silvia. Mis suegros, Santos E. Muoz S. y Hercilia A. Medina de Muoz. Mis cuados, Arvenis, Argenis (), Andrelys, Santos y Anglidenis. Mis primos, amigos y hermanos en el sentir amor a Dios. Mis compaeros de trabajo del I. U. T. J. A. A. Los profesores de la U.P.V. y U.J.I..

Todas aquellas personas que de una u otra manera hicieron posible el feliz trmino de esta Tesis Doctoral. Gracias a todos.

Pedro

AGRADECIMIENTO

Al Profesor D. Carlos Ferrer Gimnez por su apoyo incondicional en el desarrollo de este trabajo, en su carcter de Director (Tutor).

Al Profesor D. Manuel Pascual Guillamn por su valiosa colaboracin en la realizacin de este trabajo, en su condicin de Director.

Al Ministerio de Educacin Superior de la Repblica Bolivariana de Venezuela y a los Miembros del Consejo Directivo del Instituto Universitario Tecnolgico Jos Antonio Anzotegui, especialmente al Director actual Profesor D. Nemecio Villalobos Prez por el permiso otorgado.

Al Ministerio de Educacin y Ciencia, Direccin General de Investigacin, Espaa, por la ayuda prestada a travs del proyecto MAT-2004-04909 al equipo investigador.

Al Servicio de Microscopa Electrnica de la Universidad

Politcnica de Valencia por su asistencia tcnica en el desarrollo de esta investigacin.

Al Profesor D. Bernardo Alonso Giner por su apreciable ayuda y

disposicin tcnica en el desarrollo de este trabajo. Agradezco a D./D : Adrin Corb C., Danilo Navarro, Ftima,

Romero S., Flix Garca, Fernando Sancho B., Gabriel Esteller L., Fidel Salas V., Francisco Segovia L., Gloria Cano C., Javier Orozco M., Jess Cembrero C., Jos Andrs O., Jos Vicente G., Jos Villena C., Juan A. Garca M., M Carmen Gamir A., Kudama A. Habib, Lorenzo Solano G., Marcos Signes O., Mercedes Perales V., Nelson Montao, Pedro Rosado C., Santiago Gutirrez R. y a todas aquellas personas, que de una u otra forma contribuyeron al xito de esta Tesis Doctoral.

Pedro

INSTITUTO UNIVERSITARIO TECNOLGICO JOS ANTONIO ANZOTEGUI - VENEZUELA

Resumen

vii

Resumen

En los ltimos cinco (5) aos, la tecnologa de los recubrimientos

superficiales se ha incrementado. Al respecto se tienen avances en las propiedades superficiales de los materiales influyendo en el campo de la

competitividad, produccin de calidades y surgimiento de tcnicas de

recubrimientos, dependiendo de la adaptabilidad del recubrimiento a la

tcnica, nivel de adherencia, disponibilidad, aplicacin y costo. En la actualidad el campo de las matrices de embuticin apunta al problema

generado en el servicio: modificaciones de medidas, desgastes, impactos,

deformaciones y proceso de fractura, causado por las altas tensiones cortantes en zonas de deslizamiento de la chapa con la matriz. No obstante

se puede recuperar la matriz por desgaste prematuro en bordes, y posibles

fisuras.

A nivel mundial, el problema ha sido estudiado, pero dada su

complejidad en la bsqueda de lograr la calidad y la eficiencia en las condiciones de servicio de la matriz, se aplican sobre su superficie las

siguientes tecnologas: procesos trmicos, tratamientos superficiales,

deposiciones superficiales y tcnicas en recuperacin por desgaste y fisuras.

En esta investigacin se aplic la proyeccin trmica por llama con uso de

polvo como tcnica en reparacin, en virtud de la importancia de

Resumen

viii

alternativas de recuperacin de matrices de embuticin para complementar las tecnologas existentes, garantizndose la funcin destino de la matriz,

antes de ser consumida durante las operaciones de trabajo en fro y caliente.

La proyeccin trmica por llama es una alternativa de bajo costo, aventajada en aplicacin de capas cermicas para recuperacin de zonas desgastadas en

matrices. Un requerimiento principal es la adherencia del recubrimiento en

el sustrato, y no es fcil alcanzar valores apropiados dadas la naturaleza cermica del recubrimiento y los cortos tiempos de aplicacin. Para

cuantificar la adherencia se ensayaron las probetas recubiertas con

aleaciones cermicas sometidas a esfuerzos de cizalladura, para lograr en la intercara el deslizamiento cortante del recubrimiento fijado al sustrato.

Es oportuno indicar, que en esta investigacin se us la estadstica,

previamente se planificaron los diseos y, luego se analizaron los resultados experimentales. Las variables fueron la temperatura o, en otro caso, el

proceso trmico, la rugosidad y el recubrimiento, para determinar si hay

efectos e interacciones entre las variables, usando como indicadores las variables respuestas: los esfuerzos de cizalladura, las rigideces, las

microdurezas y las porosidades. Para analizar el proceso de deformaciones y

microfisuraciones que sostienen la adherencia recubrimiento sustrato se incorpora la tcnica de emisin acstica que informa sobre la liberacin de

energa elstica que se correlaciona con las causas de las

microdeformaciones que ocurren cuando se ensaya a cizalladura gradualmente la probeta hasta alcanzar la rotura. El proceso de

deformaciones y microfisuraciones previas a la fractura, se midi a travs de

la correlacin de los impactos acumulados de emisin acstica y los indicadores del ensayo de cizalladura, que midieron las adherencias de los

recubrimientos, y se justific por emisin acstica las causas que

Resumen

ix

condicionan los microsaltos en la evolucin y la variacin de los valores de los indicadores.

En este mismo orden de ideas, se investig la tendencia a la adhesin tribolgica mediante el ensayo pin on disk de los recubrimientos de nquel

xidos y carburos cermicos pueden tener con las chapas de acero, acero

inoxidable y aluminio, realizndose para cuatro cargas y cinco velocidades de rotacin los ensayos. Igualmente, se logr el objetivo de investigar la

adherencia sobre matrices de embuticin de acero de bajo contenido de

carbono (F-1110), y anlisis mediante ensayos de emisin acstica, de recubrimientos de nquelxidos y carburos cermicos (WC/Ni y

Al2O3/TiO2), aplicados por proyeccin trmica, y de las caractersticas

adhesivas con aleaciones metlicas de embuticin (acero de bajo contenido

de carbono DC01, acero inoxidable AISI 304, aluminio AA1060). Los recubrimientos investigados cumplen las expectativas de propiedades de

acuerdo a la aplicacin y servicio de la matriz, con capacidad de

recuperacin de las superficies deterioradas en la misma. Se obtuvo del anlisis estadstico y las correlaciones, el mejor recubrimiento la aleacin en

base WC/Ni y la seleccin entre las dos aleaciones estudiadas depender de

la aplicacin. Result la mayor adherencia en las aleaciones de WC/Ni con poca porosidad y mnima adhesin en lubricacin.

Palabras Claves: Proyeccin Trmica, Adherencia, Rugosidad,

Recubrimiento Cermico, Emisin Acstica, Fractura, Cizalladura, Nquel,

xido de Aluminio, xido de Titanio, Carburo de Wolframio, Tribologa,

Rozamiento, Adhesin.

Resum

xi

Resum

En els ltims cinc (5) anys, la tecnologia dels recobriments superficials

s'ha incrementat. Respecte d'aix es tenen abanicos. En les propietats

superficials dels materials influint en el camp de la competitivitat, producci de

qualitats i sorgiment de tcniques de recobriments, depenent de l'adaptabilitat

del recobriment a la tcnica, nivell d'adherncia, disponibilitat, aplicaci i cost.

En l'actualitat el camp de les matrius d'embotici apunta al problema generat en

el servici: modificacions de mesures, desgastos, impactes, deformacions i

procs de fractura, causat per les altes tensions tallants en zones de lliscament

de la xapa amb la matriu. No obstant es pot recuperar la matriu per desgast

prematur en bords, i possibles fissures.

A nivell mundial, el problema ha sigut estudiat, per donada la seua

complexitat en la busca d'aconseguir la qualitat i l'eficincia en les condicions

de servici de la matriu, s'apliquen sobre la seua superfcie les tecnologies

segents: processos trmics, tractaments superficials, deposicions superficials i

tcniques en recuperaci per desgast i fissures. En esta investigaci es va

aplicar la projecci trmica per flama amb s de pols com a tcnica en

reparaci, en virtut de la importncia d'alternatives de recuperaci de matrius

Resum

xii

d'embotici per a complementar les tecnologies existents, garantint-se la funci

dest de la matriu, abans de ser consumida durant les operacions de treball en

fred i calent. La projecci trmica per flama s una alternativa de baix cost,

avantatjada en aplicaci de capes cermiques per a recuperaci de zones

desgastades en matrius. Un requeriment principal s l'adherncia del

recobriment en el substrat, i no s fcil aconseguir valors apropiats donades la

naturalesa cermica del recobriment i els curts temps d'aplicaci. Per a

quantificar l'adherncia es van assajar les provetes recobertes amb aliatges

cermics sotmesos a esforos de cizalladura, per a aconseguir en la intercara el

lliscament tallant del recobriment fixat al substrat.

s oport indicar, que en esta investigaci es va usar l'estadstica,

prviament es van planificar els dissenys i, desprs es van analitzar els resultats.

Experimentals. Les variables van ser la temperatura o, en qualsevol altre cas, el

procs trmic, la rugositat i el recobriment, per a determinar si hi ha efectes i

interaccions entre les variables, usant com a indicadors les variables respostes:

els esforos de cizalladura, les rigideses, les microdureses i les porositats. Per a

analitzar el procs de deformacions i microfractures que sostenen l'adherncia

recobriment Substrat s'incorpora la tcnica d'emissi acstica que informa

sobre l'alliberament d'energia elstica que es correlaciona amb les causes de les

microdeformacions que ocorren quan s'assaja a cizalladura gradualment la

proveta fins a aconseguir la ruptura. El procs de deformacions i microfractures

prvies a la fractura, es va mesurar a travs de la correlaci dels impactes

acumulats d'emissi acstica i els indicadors de l'assaig de cizalladura, que van

mesurar les adherncies dels recobriments, i es va justificar per emissi acstica

Resum

xiii

les causes que condicionen els microbots en l'evoluci i la variaci dels valors

dels indicadors.

En este mateix orde d'idees, es va investigar la tendncia a l'adhesi

tribolgica per mitj de l'assaig Pin on disk dels recobriments de nquelxids i

carburs cermics poden tindre amb les xapes d'acer, acer inoxidable i alumini,

realitzant-se per a quatre crregues i cinc velocitats de rotaci els assajos.

Igualment, es va aconseguir l'objectiu d'investigar l'adherncia sobre matrius

d'embotici d'acer de baix contingut de carboni (F-1110), i anlisi per mitj

d'assajos d'emissi acstica, de recobriments de nquelxids i carburs cermics

(WC/Ni i Al2O3/TiO2), aplicats per projecci trmica, i de les caracterstiques

adhesives amb aliatges metllics d'embotici (acer de baix contingut de carboni

DC01, acer inoxidable AISI 304, alumini AA1060). Els recobriments

investigats complixen les expectatives de propietats d'acord amb l'aplicaci i

servici de la matriu, amb capacitat de recuperaci de les superfcies deteriorades

en la mateixa. Es va obtindre de l'anlisi estadstica i les correlacions, el millor

recobriment l'aliatge en base WC/Ni i la selecci entre els dos aliatges estudiats

dependr de l'aplicaci. Va resultar la major adherncia en els aliatges de

WC/Ni amb poca porositat i mnima adhesi en lubricaci.

Paraules Claus: Projecci Trmica, Adherncia, Rugositat, Recobriment

Cermic, Emissi Acstica, Fractura, Cizalladura, Nquel, xid d'Alumini,

xid de Titani, Carbur de Wolframi, Tribologa, Fregament, Adhesi.

Summay

xv

Summary

On the last five years surface coating technology has spread widely.

Different achievements have appeared on material surface properties about:

competitiveness, quality production, and new coating technologies

developing coating technique adaptability, adherence properties,

availability, productivity and cost. Nowadays deep drawing dies are liable to

the following service problems: measures change, wear, impacts, strain,

and fracture due to high shear stresses on the sheet-die sliding area.

However, dies with premature corner wear and possible cracks, can be

recovered.

Worldwide this problem has been studied but the problem is really

complex. Quality and performance efficiency for operating conditions on

dies are the result objectives for surface modification techniques including

thermal treatments, surface coatings and crack or wear regeneration. On the

current research flame thermal spraying was studied as mending technique,

as it is key to recover deep drawing dies independently of their own

fabrication. In this way, the final function of the die is guaranteed before it

is rejected either from cold or hot work. Flame thermal spraying is a costless

alternative, specially apt for growing ceramic layers on worn dies. The main

Summay

xvi

requirement on this tecnique is a good adherence between coating and

substrate. This is a difficult enough task considering the ceramic coating

nature and short application times. For quantifying adherence different

samples were tested under shear stress, for creating a shear strain on the

interface between coating and substrate.

It is important to point out that throughout the research statistics

have played an important role, first for test design planning, and later for

result analysis. Input variables considered were temperature, or thermal

process, rugosity and its originating coating. Output variables were: shear

stress, sample rigidity, microhardness and porosity. In order to analyze

strain and microcracking processes maintaining coating/substrate adherence,

acoustic emission techniques were used, obtaining information on elastic

energy emission that can be correlated with microstrain originated when

samples are tested to shear stress step by step until breaking point is

reached. Strain and microcracking prior to fracture is evaluated through the

correlation between accumulated impacts on acoustic emission and

indicators from shear loading measuring coating adherence. It was also

demonstrated, through acoustic emission, the different causes conditioning

microjumps on the evolution and value change of the indicators.

In much the same way, the tendency for adhesive tribology was

evaluated through the pin on disk test for coatings nickel-oxides, and

cermets on steel sheet, stainless steel and aluminium. Each pair was

evaluated for four different loads combined with five different rotating

speeds. Similarly, the research on the adherence on low carbon steel (F-

Summay

xvii

1110) dies was performed. The analysis through acoustic emission of

nickel-oxide, and cermets (WC/Ni, Al2O3/TiO2) coatings applied through

flame thermal spraying was achieved, as well as the determination of

adhesive performance on deep drawing metallic alloys (low carbon steel

DC01, stainless steel AISI 304, and aluminium AA1060). Researched

coatings perform according to the expectations of application and service

for the die, allowing later recovery of damaged surfaces on used dies. The

statistical analysis and correlations obtained, determined that the best

coating was WC/Ni and the best base alloy for the die varied on different

applications. The best adherence properties for WC/Ni alloys was obtained

for small porosity and low adhesion on lubrication.

Keywords: Thermal Spraying, Adherence, Rugosity, Ceramic Coating,

Acoustic Emission, Fracture, Shear Stress, Nickel, Aluminium Oxide,

Titanium Oxide, Tungsten Carbide, Tribology, Friction, Adhesion.

ndice de Contenido

xix

ndice de Contenido

Ttulo ............................................................................................... Dedicatoria ...................................................................................... Agradecimiento ............................................................................... Resumen .......................................................................................... Resum............................................................................................... Summary.......................................................................................... ndice de Contenido ....................................................................... Nomenclatura ................................................................................. Captulo I Revisin Bibliogrfica ................................................ 1.1. Requisitos de Aplicaciones de los Recubrimientos................... 1.1.1. Desgaste............................................................................... a.) Abrasin................................................................................. b.) Desgaste Adhesivo................................................................. c.) Fretting................................................................................... d.) Desgaste por Erosin............................................................. e.) Desgaste por Cavitacin........................................................ 1.1.2. Corrosin............................................................................. a.) Corrosin Hmeda................................................................

Pgina i

iii v

vii

xi

xv

xix

xxvii 1 3 4 5 6 8 8 10 11 12

ndice de Contenido

xx

b.) Corrosin Seca...................................................................... 1.1.3. Efectos Decorativos............................................................. 1.2. Aplicaciones de Recubrimientos................................................ a.) Sierra Circular.......................................................................... b.) Plaquita..................................................................................... c.) Rodillos..................................................................................... d.) Tubos........................................................................................ e.) Fmur........................................................................................ 1.3. Mtodos de Recubrimientos....................................................... 1.3.1. Preparacin de Superficies................................................... 1.3.1.1. Preparacin Mecnica.................................................... 1.3.1.2. Preparacin Qumica...................................................... a.) Decapado............................................................................ b.) Desengrase......................................................................... 1.3.2. Recubrimientos Metlicos.................................................... 1.3.3. Recubrimientos Cermicos.................................................. 1.3.4. Recubrimientos Polmeros................................................... a.) Termoplsticos....................................................................... b.) Termoestables........................................................................ 1.3.5. Mtodos Qumicos y Electroqumicos................................. 1.3.5.1. Mtodos Qumicos......................................................... a.) Pavonado............................................................................. b.) Fosfatado............................................................................. c.) Cromatizado....................................................................... 1.3.5.2. Mtodos Electroqumicos.............................................. 1.3.5.2.1. Anodizado................................................................ 1.3.6. SolGel................................................................................. 1.3.7. Procesos Termoqumicos..................................................... a.) Cementacin........................................................................... b.) Nitruracin............................................................................. c.) Carbonitruracin.................................................................... 1.3.8. Recubrimientos de Inmersin en Caliente............................ 1.3.8.1. Galvanizacin................................................................. a.) Galvanizado...................... .................................................. b.) Electrocincado..................................................................... 1.3.8.2. Aluminizado................................................................... 1.3.8.3. Estaado..........................................................................

Pgina

13 15 16 16 17 18 19 19 20 22 23 24 24 25 25 26 26 27 27 27 28 29 29 30 31 32 33 34 34 35 36 36 37 38 38 39 39

ndice de Contenido

xxi

1.3.8.4. Emplomado.......................................................................1.3.9. Chapado................................................................................... 1.3.10. Deposicin Fsica en Fase Vapor....................................... 1.3.10.1. Evaporacin Trmica en Vaco....................................... a.) Calentamiento Resistivo......................................................... b.) Evaporacin Mediante Bombardeo de Electrones................ c.) Evaporacin de Aleaciones, Mezclas y Compuestos ............ d.) Evaporacin por Arco Catdico............................................. 1.3.10.2. Pulverizacin Catdica.................................................... 1.3.10.3. Epitaxia por Haces Moleculares...................................... 1.3.10.4. Deposicin Asistida con Iones........................................ 1.3.10.5. Depsito por Lser.......................................................... 1.3.11. Deposicin Qumica en Fase Vapor................................... 1.3.11.1. Activacin Trmica....................................................... a.) CVD a Presin Atmosfrica................................................. b.) CVD a Presin Reducida..................................................... 1.3.11.2. Activacin por Plasma.................................................. 1.3.11.3. Activacin por Fotones................................................. 1.3.11.3.1. Excitacin por Radiacin Ultravioleta....................... 1.3.11.3.2. Excitacin por Lser.................................................. a.) Pirlisis................................................................................ b.) Evaporacin......................................................................... c.) Fotlisis................................................................................ 1.3.12. Tratamientos Superficiales................................................. 1.3.12.1. Tratamiento con Lser................................................ 1.3.12.2. Implantacin............................................................... 1.3.13. Proyeccin Trmica............................................................ 1.3.13.1. Procesos de Combustin.............................................. a.) Proyeccin por Llama (Flame Spray)................................. b.) Proyeccin por Llama a Alta Velocidad............................. c.) Proyeccin por Detonacin................................................. 1.3.13.2. Procesos Elctricos........................................................ a.) Proyeccin por Arco Elctrico............................................. b.) Proyeccin por Plasma......................................................... 1.4. Aplicaciones a Matrices............................................................. 1.4.1. Recubrimientos a Matrices................................................... 1.4.1.1. Procesos Especiales de Tratamiento Trmico................

Pgina

39 40 40 41 42 43 44 45 46 48 48 50 51 54 54 55 56 57 57 58 58 59 60 60 61 61 63 66 66 68 70 71 72 73 74 78 79

ndice de Contenido

xxii

1.4.1.2. Tratamientos Superficiales.............................................. a.) Nitruracin.......................................................................... b.) Carbonitruracin................................................................ 1.4.1.3. Deposiciones Superficiales............................................ 1.4.1.4. Tcnicas de Recuperacin por Desgaste y Fisuras......... 1.4.1.4.1. Soldadura.................................................................. a.) Soldadura TIG................................................................... b.) Soldadura MIG / MAG..................................................... 1.4.1.4.2. Recubrimiento Lser................................................. 1.4.1.4.3. Proyeccin Trmica................................................... 1.4.2. Requisitos de estas Aplicaciones.......................................... 1.4.2.1. Resistencia Mecnica...................................................... a.) Resistencia a la Compresin................................................ b.) Resistencia a la Flexin....................................................... c.) Resistencia a la Cizalladura................................................. d.) Dureza.................................................................................. e.) Tenacidad............................................................................. 1.4.2.2. Resistencia al Desgaste................................................... 1.4.2.3. Templabilidad.................................................................. 1.4.2.4. Mnima Variacin de Medida.......................................... 1.4.2.5 Adhesin............................................................................ a.) Mecanismo Interferencial...................................................... b.) Mecanismo Cohesivo ........................................................... 1.4.2.6. Adherencia al Sustrato..................................................... a.) Tipo de Enlace de los tomos en la Interfase....................... b.) Estado del Material de la Interfase........................................ c.) Rugosidad Superficial y Depsito de Capas de Anclaje....... d.) Mtodo de preparacin del recubrimiento............................ 1.5. Enfoque de los Objetivos de la Investigacin............................ 1.5.1. Variables de la Adherencia.................................................. 1.5.1.1. Clase de Materiales......................................................... 1.5.1.1.1. Sustrato....................................................................... 1.5.1.1.1.1. Predepsitos de Capas de Anclajes......................... 1.5.1.1.2. Material de Aporte...................................................... a.) Materiales de la Industria de la Proyeccin Trmica.......... b.) Materiales de Referencias de Investigaciones.................... 1.5.1.2. Preparacin Superficial del Sustrato.............................

Pgina

79 80 81 81 82 82 83 83 84 84 85 86 87 87 87 88 88 89 90 90 91 91 91 92 93 93 93 94 94 95 95 95 96 96 97 97 98

ndice de Contenido

xxiii

1.5.1.2.1. Estado de la Superficie del Sustrato........................... 1.5.1.2.2. Rugosidad................................................................... a.) Paso....................................................................................... b.) ngulo de Filete.................................................................... c.) Profundidad de la Rosca........................................................ 1.5.1.3. Temperatura Superficial del Sustrato............................. 1.5.2. Variables de la Proyeccin por Llama.................................. a.) Distancia de Proyeccin......................................................... b.) ngulo de Proyeccin............................................................ c.) Potencia del Dardo.................................................................. d.) Naturaleza de la Llama........................................................... e.) El Tratamiento de Post-Proyeccin......................................... 1.5.3. Variables de la Resistencia Mecnica................................... 1.5.4. Variables de la Resistencia al Desgaste................................ a.) Coeficiente de Friccin......................................................... b.) Desgaste Abrasivo.................................................................. 1.6. Proyeccin Trmica por Llama (Flame Spray).......................... 1.6.1 Parmetros del Proceso......................................................... a.) Llama...................................................................................... b.) Polvo....................................................................................... c.) Inyeccin del Polvo................................................................ d.) Caractersticas de la Proyeccin............................................. e.) Sustrato................................................................................... 1.6.2. Caractersticas del recubrimiento......................................... 1.6.2.1.Caractersticas mecnicas................................................. 1.6.2.1.1. Adherencia al Sustrato............................................... a.) Rugosidad del Sustrato....................................................... b.) Forma del Sustrato............................................................. c.) Precalentamiento del Sustrato............................................ d.) Fuerza de Enlace................................................................ 1.6.2.2. Caractersticas Microestructurales.................................. a.) Porosidad............................................................................ b.) xidos................................................................................ c.) Fisuras................................................................................ 1.6.3. Investigaciones de Flame Spray............................................ 1.6.4 Sntesis de las Investigaciones de Flame Spray.....................

Pgina

98 98 99 99 99 99 100 101 101 101 101 102 102 103 103 103 104 106 106 107 107 108 108 109 109 110 110 110 111 111 111 112 112 112 112 126

ndice de Contenido

xxiv

1.6.4.1. Temas de Flame Spray en los que se Evidencia Carencia de Investigacin................................................................. Captulo II Objetivos....................................................................... Captulo III Metodologa............................................................... 3.1. Ensayos para Anlisis de Requisitos.......................................... 3.1.1. Mtodos Metalogrficos....................................................... 3.1.2. Anlisis de Defectos............................................................. 3.1.3. Mtodos Mecnicos.............................................................. 3.2. Probetas....................................................................................... 3.2.1. Probetas de los Mtodos Metalogrficos.............................. 3.2.2. Probetas de los Anlisis de Defectos.................................... 3.2.3. Probetas de los Mtodos Mecnicos..................................... 3.2.3.1. Probetas de la Medida de la Adherencia por Ensayo deCizalladura........................................................................................ 3.2.3.1.1. Sustrato..................................................................... 3.2.3.1.2. Recubrimientos......................................................... 3.2.3.2. Probetas del Ensayo de Dureza.................................... 3.2.3.3. Probetas del Ensayo de Desgaste Pin on Disk................ 3.3. Planificacin de las Pruebas....................................................... 3.3.1. Pruebas de los Mtodos Metalogrficos............................... 3.3.1.1. Macroscopa ptica........................................................ 3.3.1.2. Microscopa: ptica y Electrnica de Barrido............... 3.3.2. Pruebas de los Anlisis de Defectos..................................... 3.3.2.1. Espectroscopia de Energa Dispersiva de Rayos X........ 3.3.2.2. Emisin acstica............................................................. 3.3.3. Pruebas de los Mtodos Mecnicos...................................... 3.3.3.1. Pruebas de la Medida de la Adherencia por Ensayo deCizalladura......................................................................................... 3.3.3.1.1 Metodologa para la Proyeccin Trmica porLlama................................................................................................. 3.3.3.3. Pruebas del Ensayo de Dureza....................................... 3.3.3.6. Pruebas del Ensayo de Desgaste Pin on Disk................. 3.4. Planificacin de Experimentos................................................... 3.4.1. Planificacin de Experimentos Generales............................

Pgina

130

133

137

137 138 141 141 142 142 144 144

145 145 145 153 154 159 159 159 161 164 165 166 167

168

174 182 186 198 198

ndice de Contenido

xxv

3.4.2. Planificacin de Experimentos Especficos......................... Captulo IV Resultados y Anlisis................................................ 4.1. Anlisis por Diseo Estadstico................................................. 4.1.1. Recubrimiento Total............................................................. 4.1.1.1. Macroscopa ptica......................................................... 4.1.1.2. Microscopa ptica......................................................... 4.1.1.3. Anlisis del Diagrama Impactos Versus Deformaciones 4.1.1.4. Anlisis del Diagrama Impactos Acumulados Versus Deformaciones.................................................................................. 4.1.1.5. Los Esfuerzos de Cizalladura......................................... 4.1.1.6. Las Rigideces................................................................. 4.1.1.7. Las Microdurezas Vickers.............................................. 4.1.1.8. Las Porosidades.............................................................. 4.1.2. Recubrimiento en Cuatro Partes........................................... 4.1.2.1. Los Esfuerzos de Cizalladura......................................... 4.1.2.2. Las Rigideces................................................................. 4.1.3. Recubrimiento en Tres Partes............................................... 4.1.3.1. Diseo Estadstico I para WC/Ni (30/70, 40/60)............ 4.1.3.1.1. Los Esfuerzos de Cizalladura.................................... 4.1.3.1.2. Las Rigideces............................................................ 4.1.3.1.3. Las Microdurezas Vickers......................................... 4.1.3.1.4. Las Porosidades......................................................... 4.1.3.2. Diseo Estadstico II para Al2O3/TiO3 (87/13, 97/3)...... 4.1.3.2.1. Macroscopa ptica................................................... 4.1.3.2.2. Microscopa ptica.................................................... 4.1.3.2.3. Los Esfuerzos de Cizalladura.................................... 4.1.1.2.4. Las Rigideces............................................................ 4.1.1.2.5. Las Microdurezas Vickers......................................... 4.1.1.2.6. Las Porosidades......................................................... 4.2. Anlisis Relativos a las Variables Controladoras de la Adherencia........................................................................................ 4.2.1. Comparacin Recubrimiento de las probetas (1/3, 1/4 y 1).. 4.2.2. Comparacin de Energas de Ruptura (ER).......................... a.) Recubrimiento Total (1).......................................................... b.) Recubrimiento en Cuatro Partes (1/4).....................................

Pgina

198

213

214 215 216 223 230

231 232 240 247 251 255 260 268 275 278 280 287 293 298 301 302 306 309 315 319 324

328 328 333 333 335

ndice de Contenido

xxvi

c.) Recubrimiento en Tres Partes (1/3).......................................... 4.3. Comportamiento Triblogico.................................................... a.) Indicadores de la Adhesin del Rozamiento entre Recubrimiento y Chapa de Embuticin............................................ 4.4. Fractografa y Adhesin del Recubrimiento Sustrato............. a.) Proceso de Fractura.................................................................... b.) Mecanismo de Difusin............................................................. Captulo V Conclusiones y Aportaciones..................................... 5.1. Conclusiones............................................................................... 5.1.1. Recubrimiento Total............................................................. 5.1.2. Recubrimiento en Cuatro Partes........................................... 5.1.3. Recubrimiento en Tres Partes............................................... 5.1.3.1. Diseo Estadstico I para WC/Ni (30/70, 40/60). ........... 5.1.3.2. Diseo Estadstico II para Al2O3/TiO3 (87/13, 97/3)....... 5.1.4. Anlisis Relativos a las Variables Controladoras de laAdherencia......................................................................................... 5.1.5. Comportamiento Triblogico.............................................. 5.1.6. Fractografa y Adhesin del Recubrimiento Sustrato....... 5.2. Aportaciones............................................................................... Captulo VI Investigaciones Futuras............................................ Referencias Bibliogrfica................................................................

Apndice..........................................................................................

Pgina

337 346

366 374 374 376

395

395 395 401 404 404 408

411 414 416 417

421

425

451

Nomenclatura

xxvii

Nomenclatura

Smbolo Descripcin ANOVA Anlisis de Varianza (Analysis of Variance) APCVD Deposicin Qumica en Fase Vapor a Presin Atmosfrica

(Atmospheric Pressure CVD) BoD Bola sobre disco (Ball on disk) CA Corriente Alterna CM Cuadrado Medio CV Voltamperometra cclica CVD Deposicin Qumica en Fase Vapor (Chemical Vapor Deposition) DC o CC Corriente Directa DMS o LSD Diferencia Mnima Significativa (Least Significant Difference) DSC Calorimetra de barrido diferencial (Differential scanning

calorimetry) EAS Proyeccin Trmica con Arco Elctrico o Proyeccin por Arco

Elctrico (Electrical Arc Spray) EDX o EDS Espectroscopia dispersiva de rayos X de la energa (Energy

dispersive X-ray spectroscopy) EPMA Micro-analizador de sonda de electrn (Electrn probe micro-

analyzer) EOC Potencial de circuito abierto F-Radio Relacin de Distribucin F de Fisher Snedecor FS Proyeccin por llama (flame spray); FTIR Espectroscpica de infrarrojo de transformacin de Fourier

(Fourier transform infrared spectroscopy) FV Fuentes de Variacin gl Grado de libertad HV Dureza Vickers (Vickers hardness) HVOF Proyeccin Trmica por Llama a Alta Velocidad (High Velocity

Oxy-Fuel Spray) o HVOF Spray HR Dureza Rockwell (Rockwell hardness) IBAD Deposicin Asistida con Iones (Ion Beam Assited Deposition) IV Viscosidad intrnseca (Intrinsic viscosity)

Nomenclatura

xxviii

Smbolo Descripcin LS Dispersin lser (Laser scattering) LPCVD Deposicin Qumica en Fase Vapor a Presin Reducida o Baja

(Low Pressure CVD) MAG Soldadura MAG (Metal Active Gas) MIG Soldadura MIG (Metal Inert Gas) MO o OM Microscopa ptica (Optical microscopy) MOCC Microscopa ptica de campo claro PCVD Excitacin por Radiacin Ultravioleta (Photo-CVD) PECVD Tcnica de CVD Asistida por Plasma (Plasma-Enhanced CVD) PoD Pin sobre disco (Pin on disk) PLD Depsito por Lser Pulsado (Pulsed Laser Deposition) PS Proyeccin Trmica por Plasma o proyeccin por plasma (plasma

spray) P-Valor Probabilidad determinada usando la Tabla de Distribucin F de

Fisher Snedecor PVD Deposicin Fsica en Fase Vapor (Physical Vapor Deposition) Ra Rugosidad media de la superficie RF Radio Frecuencia (Radiofrecuencia) Rp Resistencia de polarizacin RW Rueda de caucho (Rubber wheel) SC Sumas de cuadrados SEM Microscopa electrnica de barrido (Scanning electronic

microscopy) SS Acero inoxidable (Stainless steel) SSF Cmara de niebla salina (Salt spray fog) S.S.M. Mdulos de Proyeccin (Standard Spray Module) SWLI Microscopa interferomtrica de luz blanca (Scanning while light

interferometry) TAT Ensayo de adherencia de traccin (Tensile adhesion test) TIG Soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) TEM Microscopa electrnica de transmisin (Transmission electron

microscopy) XRD Difraccin de rayos X (X-ray diffraction) UHV Atmsfera de UltraAlto Vaco WDS Espectroscopia dispersiva de la longitud de onda (Wavelength

dispersive spectroscopy)

Captulo I Revisin Bibliogrfica

1

Captulo I

Revisin Bibliogrfica

La tecnologa de los recubrimientos superficiales ha experimentado

un incremento en los ltimos cinco (5) aos, debido a la cantidad de

aplicaciones que surgen cada da en los diversos entornos industriales. En el

caso de los recubrimientos, el compuesto de la capa y el material del sustrato

suelen ser de distinta naturaleza. El avance industrial en el campo de la

competitividad y la produccin de calidades en aumento, reduciendo o

manteniendo los costos, ha inducido el desarrollo de mejoras en las

propiedades superficiales presentadas por los materiales utilizados. Los

recubrimientos se especializan en cierta propiedad superficial crtica

caracterstica de cada aplicacin o tipo de solicitacin, con la finalidad de

mejorarla. Algunas de las solicitaciones son la resistencia al desgaste y

oxidacin, el coeficiente de friccin y la dureza, las cuales se combinan para

lograr el recubrimiento idneo a las condiciones de aplicaciones [2]. Un

recubrimiento como factor aislado no puede garantizar la consecucin de los

resultados optimizados, nicamente asociado a otros factores como

propiedades del material base o sustrato, del tratamiento trmico, del estado


2

y preparacin superficial de la pieza a recubrir conjuntamente con las del

recubrimiento, podr garantizar la funcin para la que fue destinado [1, 3].

La seleccin entre varias tcnicas de recubrimiento depender

principalmente de la aplicacin de la pieza, sin embargo, la temperatura de

proceso es un factor fundamental a tener en cuenta. El sustrato no debe

perder propiedades por efecto de la temperatura de recubrimiento [4].

Es conocida la relacin directa entre la adherencia de la capa dura y

la temperatura de deformacin de la misma. Los fenmenos de difusin

entre el sustrato y los componentes duros que se forman en su superficie

provocan una adherencia superior a la obtenida en los procesos a baja

temperatura [1].

La utilizacin de nuevos materiales base con prestaciones superiores

a los convencionales, se ha complementado con la mejora de las

propiedades superficiales [2]. La caracterstica principal que debe presentar

el material a recubrir es la dureza o posibilidad de ser endurecido. Toda capa

dura debe poder transmitir los esfuerzos que recibe al material base sin que

en l se produzcan deformaciones. Si la dureza del sustrato es insuficiente,

la capa dura y frgil y, por lo tanto, poco deformable, rompe hasta

desprenderse como consecuencia del hundimiento del ncleo [1, 11, 14].

En todas las tcnicas de recubrimientos y tipos de sustrato es

necesario prestar un cuidado especial en la preparacin superficial y

limpieza, debido a que, la presencia de grasas, aceites, productos de

corrosin, restos de pastas de pulir, pinturas, suciedad u otros cuerpos


3

extraos ejerce una determinada influencia sobre la adherencia, continuidad,

calidad y duracin de los recubrimientos, que dificultan o impiden el

proceso [4, 12, 14, 52].

La aplicacin de recubrimientos sobre un sustrato permite jugar,

como en un material compuesto, con las propiedades de la capa y del

material base. Generalmente, las propiedades relacionadas con el desgaste

se atribuyen al recubrimiento, las propiedades mecnicas las aporta el

sustrato [4].

Los recubrimientos de superficies realizados, son numerosos y an

as cada da, se descubren nuevas aplicaciones que aportan algunas mejoras

en el proceso industrial de varias maneras en la: a.) Produccin de lotes de

piezas, donde se aplica un recubrimiento que confiere las caractersticas

superficiales deseadas sobre un sustrato ms econmico o con mayor

resistencia mecnica. b.) Recuperacin y reparacin de grandes elementos

de mquinas cuya fabricacin sea costosa, por haberse desgastado

excesivamente o estar mal mecanizadas. c.) Aplicaciones especiales y

decorativas [5].

1.1. Requisitos de Aplicaciones de los Recubrimientos.

Los requisitos de los recubrimientos se determinan por: el mtodo, la

aplicacin, las caractersticas fsicas y mecnicas, el espesor y el pos-

tratamiento. Teniendo en cuenta que la superficie de un material es la regin

ms sensible a las agresiones del entorno [116], se consideraron varios


4

requisitos que dependen de la aplicacin concreta y el medio, figura 1.0. Los

ms generales son: a.) Desgaste en sus diferentes causas: Abrasin,

Adhesin, Fretting, Erosin, Cavitacin. b.) Corrosin electroqumica

(hmeda) o corrosin seca (qumica) [164, 166, 168, 198, 200, 202]. c.)

Efectos decorativos [20, 36, 53].

Figura 1.0. Diagramas de los requisitos de los recubrimientos.

1.1.1. Desgaste.

El desgaste es un proceso complejo que se produce en las superficies

de los cuerpos que estn en contacto y existe entre ellos un movimiento

relativo, debido a la friccin o roce de otro cuerpo o medio, trayendo como

consecuencia la variacin de la micro y macro-geometra superficial. La

estructura y las propiedades mecnicas y fsicas del material con o sin

prdida de ste; resulta de una accin mecnica o interaccin superficial de

naturaleza dual, y de atraccin molecular en los lmites de la adhesin y

deformacin mecnica en los lmites del micro-corte, figura 1.1, [55, 59, 86,

116, 171, 201].

Requisitos de Aplicaciones de los Recubrimientos

Desgaste

Adhesin Fretting Erosin Cavitacin

Corrosin

Decorativos

Efectos Causas

Electroqumica Qumica


5

Figura 1.1. Utilidad de la Tribologa en Procesos: a.) Proyeccin Trmica, b.) Cepillado, c.) Mortajado, d.) Fresado y e.) Torneado.

a.) Abrasin.

El desgaste abrasivo ocurre por el contacto entre superficies de

materiales, cuando: a.) Las rugosidades o aristas de una superficie dura se

incrustan en una superficie suave o blanda, produciendo una serie de surcos

o cavidades y desplazando material de stas en forma de partculas

generalmente libres [178, 205]. b.) El roce o deslizamiento constante en

presencia de material extrao o contaminante, tal como partculas duras con

aristas, suciedad en el lubricante e insuficiencia o ausencia de lubricante,

ocasionan en el material: rotura o resquebrajamiento, agotamiento o

desprendimiento, dislocaciones de cristales, rayados profundos, etc. [37, 57,

59, 66, 192]. c.) La deformacin plstica en fro produce endurecimiento

que se repiten cclicamente resultando en el agrietamiento por fragilidad,

como el doblado en fro de una pieza, donde aparece grietas, acritud,

tensiones residuales en la parte exterior de sta [29, 170].

En la figura 1.2 se ilustra el desgaste abrasivo por las acciones de: a.)

Corte de la herramienta abrasiva que desliza sobre el metal suave a

conformar. b.) Rayado de una partcula dura y aguda en contacto cuando es

a.) b.) c.) d.) d.)


6

retenida o presionada entre dos superficies slidas o piezas [29, 55, 59,

170]. El desgaste abrasivo est afectado por: a.) La dureza del material, la

cual determina la velocidad de desgaste. Si es rpida la dureza del abrasivo

es superior a la dureza de la superficie del material de trabajo y si es lenta

por lo contrario es ms blando [86]. b.) La tenacidad o resistencia que opone

el material deformado por la accin de las partculas abrasivas hasta la

rotura. c.) El coeficiente de friccin, o fuerza de unin adhesiva entre las

partculas de la superficie del metal y las partculas duras; favorece el

proceso de micro-corte para valores altos del coeficiente [57]. Otros factores

son: las cargas que actan sobre la superficie de trabajo, condiciones

ambientales tales como temperatura, humedad y grado de compactacin de

las partculas. En una estructura determinada la intensidad de desgaste

abrasivo depende de la forma, dureza y tamao de los granos y partculas

abrasivas [171, 192].

a.) b.)

Figura 1.2. Acciones abrasivas de: a.) Corte y b.) Rayado.

b.) Desgaste Adhesivo.

El desgaste adhesivo sucede cuando las superficies de piezas en

movimiento entran en contacto una con la otra, ocasionando que las

Pieza

Movimiento

Metal suave

Partcula dura y aguda Pieza Movimiento

Herramienta

Viruta


7

partculas de desgaste se suelten de una y se transfieran hacia la otra, debido

a la adhesin molecular entre los cuerpos en contacto [55]. Por ejemplo un

caso de desgaste adhesivo es el de la soldadura en fro entre la pieza a

conformar de material ms duro en contacto con la herramienta que al

separarse, parte de la herramienta se desprende [29, 59, 116, 178, 192]. Para

evitar este problema, es necesario un bajo coeficiente de friccin y una baja

afinidad entre los materiales en contacto [37, 177].

En la figura 1.3 se muestra el desgaste adhesivo entre dos superficie

en movimiento en ntimo contacto por la falta de una pelcula de lubricante

de suficiente espesor para separarlas, aprecindose en: a.) Las micro-

irregularidades o rugosidades que conforman el rea real de contacto, donde

ocurre el proceso de desgaste, es mucho menor que el rea aparente o

geomtrica. b.) La zona de desgaste est constituida por los puntos de

contacto real, donde la presin especfica es alta y ocurren deformaciones e

incrementos de temperaturas, que aceleran los procesos de desgaste [57,

170, 178, 192].

Figura 1.3. Desgaste adhesivo entre superficies en contacto: a.) Micro-irregularidades y b.) Zona de desgaste.

Movimiento

Zona de desgaste

Adhesinrea real de contacto

rea de contacto aparente a.) b.)


8

c.) Fretting.

El fretting consiste en un fenmeno de desgaste (desintegracin y

prdidas superficiales o sub-superficiales de material) que ocurre entre

superficies slidas o piezas en contacto (cercano-esttico, alternado o con

alto grado de ajuste) y con movimiento (relativo oscilatorio de amplitud

pequea o cclico pequeo), o impuestas (vibraciones o impactos) o a causa

de las tensiones cclicas debido a la carga y descarga repetida [67, 68, 69].

Puede ocurrir simultneamente con corrosin produciendo el fenmeno

llamado fretting-corrosin, ver figura 1.4 [63, 64, 65, 86, 167].

Figura 1.4. Fretting en: a.) Bola que oscila sobre la superficie fija y b.) Resultado de fretting-degaste o evolucin del fretting-corrosin.

d.) Desgaste por Erosin. El desgaste erosivo sucede por: a.) Partculas pequeas que originan

prdida de material a consecuencia de repetidos impactos, en suspensin en un medio lquido o gaseoso, sobre la superficie del metal [86, 192]. b.) Corrientes de fluidos lquidos que impactan a gran velocidad sobre superficies como alabes de turbinas. La duracin del impacto es pequea y produce una breve y violenta compresin pulsatoria que se transmite al

a.) b.)


9

material originando grietas en los componentes frgiles y deformaciones plsticas en superficies blandas. En la figura 1.5 se aprecia el desgaste erosivo por partculas sobre la superficie que: a.) Golpean y rebotan ocurriendo prdida de material. b.) Chocan con ngulo de inclinacin a alta velocidad y compresin ocasionando retiro gradual de volumen [59, 70, 178].

Como variante del desgaste erosivo est el impacto; un tipo de

destruccin que se produce por contactos dinmico o transferencia de energa cintica de cuerpos slidos generalmente metlicos, aunque no se excluyen rocas y minerales, que acompaados de determinada velocidad, originan choques intermitentes contra la pieza; debido a la aplicacin de carga de compresin rpida, repetida, causando deformacin superficial y subsuperficial del material que altera su forma y dimensin, pudiendo devenir en la fractura por fatiga o corte en partes, directamente debajo del punto de impacto, ver figura 1.6 [192].

Figura 1.5. Desgaste erosivo en la superficie por partculas que: a.) Golpean y rebotan y b.) Chocan.

a.) b.)

Figura 1.6. Impacto sobre la pieza causando: a.) Corte en pedazos y b.) Deformacin en el clavado.

Superficie

Partculas Masa

ngulo Velocidad

Volumen desgastado a.) b.)


10

e.) Desgaste por Cavitacin.

El desgaste por cavitacin se da por la continua nucleacin,

crecimiento y colapso violento de burbujas de gas en el seno de un fluido.

En la prctica la cavitacin puede aparecer en todo lquido en el cual se

generen cambios de presin por vibraciones en el flujo o cambios e

irregularidades en las conducciones [61, 66]. El proceso de cavitacin se

puede resumir en 4 fases principales, ver figura 1.7: a.) Fase 1: Formacin

de burbujas de vapor en las regiones donde la presin es inferior a la del

vapor del lquido. b.) Fase 2: Crecimiento de las burbujas de vapor,

favorecido por micro-burbujas de aire o de otros gases atrapados en el fluido

y por las pequeas impurezas ocluidas por el fluido. c.) Fase 3: Compresin

brusca de las burbujas al llegar el lquido a reas de presin superior. d.)

Fase 4: Las burbujas son totalmente inestables estallando de manera

violenta en la mayora de los casos. El colapso de las burbujas desencadena

micro-proyecciones de fluido que inciden directamente sobre la pared del

slido que contiene al fluido [98, 178]. Las reas sometidas a desgaste por

cavitacin presentan diminutas picaduras, que se extienden progresivamente

sobre la superficie slida, llegando a desprender fragmentos de material de

un tamao considerable [59].

Figura 1.7. Diferentes fases del proceso de cavitacin.

Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4


11

1.1.2. Corrosin. La corrosin es un proceso natural y normal, de desgaste total o

parcial que disuelve cualquier sustancia por reaccin qumica o electroqumica con el medio que lo rodea, figuras 1.8 y 1.9, [164, 177, 202]. La corrosin hace que: a.) La interaccin entre el material fundamentalmente metlico con el medio ambiente, destruya o deteriore progresivamente, rpida o lenta, sus propiedades fsicas, qumicas y mecnicas, estado superficial, producindose xidos u otro compuesto y puede acelerarse por calor, luz, oxgeno, agua, productos qumicos o biolgicos, cambio en la composicin fsicoqumica del material, catalizadores del material, cidos o contaminantes slidos; conduciendo al incremento de la viscosidad y formacin de depsitos [80, 166, 167, 168, 169, 200]. b.) La presencia de humedad puede influir o cambiar las condiciones: El gas cloro en forma inica (Cl-) es un contaminante corrosivo, que como cloro seco a temperatura ambiente no ataca al acero, pero como cloro hmedo es extremadamente corrosivo y ataca a la mayora de los metales y sus aleaciones; lo contrario sucede con el titanio (Ti) [98].

La corrosin tambin es el proceso, mediante el cual los materiales

tienden a abandonar el estado de transformacin a que la persona los someti, para regresar a su estado natural primitivo [164]; en el caso de los metales, depende de varios factores: a.) Medio: composicin qumica, impurezas, temperatura, presin, etc. b.) Metalrgicos: composicin, estructura, heterogeneidad, etc. c.) Condiciones de aplicacin: tipos de reaccin, naturaleza de los productos [80, 167, 168, 169]. En la figura 1.8 se ilustra la corrosin puntualizndose como la gradual destruccin y desintegracin de los materiales por efecto de un proceso electroqumico, qumico o de erosin por la interaccin del material, expuesto al medio


12

reactivo o agresivo en ambientes: rurales, urbanos, marinos o industriales [58, 98, 166].

Figura 1.8. La Corrosin en ambientes: a.) Rurales, b.) Urbanos, c.) Marinos o d.) Industriales.

a.) Corrosin Hmeda. La corrosin hmeda o electroqumica es un fenmeno que sucede

en presencia de medios lquidos (rociado o inmersin) conductores de electricidad (electrolito), causando regiones: a.) Andicas donde se liberan los electrones por la reaccin de oxidacin y se produce la disolucin del metal (corrosin hmeda) y b.) Catdicas sitio de recepcin de los electrones y que ocasiona la inmunidad del metal [5, 21, 98, 116, 164, 165, 167, 168, 202].

Figura 1.9. a.) Proceso de corrosin electroqumica y b.) Material con zonas locales catdicas y andicas.

a.) b.)

+ Iones Ctodo nodo - Iones

Electrolito Flujo de electrn

a.) b.) c.) d.)


13

En la figura 1.9 a se aprecia el proceso de corrosin electroqumico (diferencia de potencial) a causa de que los electrodos se hallan en contacto directo (cortocircuito) en el electrolito [13], formndose la clula compuesta por: a.) El nodo es el sitio en el cual se corroe el metal, b.) El ctodo que no se consume, es parte de la misma superficie del metal, o de otra superficie del metal en contacto y c.) El electrolito es el medio corrosivo, que consiste en una disolucin elctricamente conductora. En el nodo, el metal corrodo pasa al electrolito como iones positivamente cargados, lanzando los electrones que participan en la reaccin catdica. Por lo tanto, la corriente de la corrosin entre los dos electrodos, el nodo y el ctodo, consiste en los electrones que fluyen dentro del electrolito [98, 164, 165, 166, 167, 168, 183]. El material puede en cierto momento transferir y recibir electrones, creando zonas catdicas y zonas andicas en su estructura, debido a que los enlaces metlicos tienden a convertirse en enlaces inicos, figura 1.9 b. La velocidad a que un material se corroe es lenta y continua, todo depende del ambiente donde se encuentre, a medida que pasa el tiempo se va creando una capa fina de material en la superficie, que van formndose inicialmente como manchas hasta que llegan a aparecer imperfecciones en la superficie del metal [167,177]. Ejemplos de reacciones electroqumicas en la corrosin hmeda: a.) El hierro(II) en una solucin puede ser oxidado para producir un in con estado mayor hierro(III): Fe2+ Fe3+ + e [13, 62, 164]. b.) El aluminio en forma de metal tiene valencia tres y pasa en solucin a la forma de un in trivalente (Al+3), perdiendo tres electrones, el Al en medio acuoso se corroe o oxida segn: Al Al+3 + 3e [80, 98, 168, 183].

b.) Corrosin Seca. La corrosin seca o qumica es causada por contacto con vapores o

gases, sin la presencia de lquidos y generalmente est asociada con altas


14

temperaturas, sin circulacin de iones. Significa prdida de un metal, debido a una reaccin qumica entre el metal y su medio ambiente. Es un proceso de transformacin en el cual el metal pasa de su forma elemental a una forma combinada. Cuando las superficies en contacto se encuentran en un medio corrosivo, los productos de la corrosin formarn una capa encima de las superficies que frenar (pasiva) o inhibir la corrosin [98, 164, 167, 168, 183]. Sin embargo, el continuo deslizamiento podra arrancar esta pelcula, continuando as el ataque directo corrosivo, figura 1.10, [59].

Figura 1.10. Corrosin por oxidacin de las capas superficiales del material y el continuo deslizamiento.

Se exponen ejemplos de combinaciones qumicas directas cuando

existe una reaccin entre el metal y otros elementos o compuestos no metlicos: a.) El sodio (Na) reacciona con el oxgeno (O), formado el xido de sodio (Na2O), se dice que el tomo de sodio se oxida: 4Na + O2 2Na2O. b.) El Fe reacciona con el O, formando el xido de hierro (FeO), el tomo de hierro se ha oxidado: 2Fe + O22FeO [164, 168]. c.) El Fe reacciona con el dixido de azufre (SO2 contaminante corrosivo) y se obtienen el sulfuro de hierro ms oxgeno: Fe + SO2 FeS + O2 [98].

La corrosin por altas temperaturas o seca se origina en posibles

fallas de difusin de fases slidas del metal, con la cual se modifica la

aleacin original y se posibilita el ataque selectivo; lo que puede causar: a.)

Oxidacin en seco por ataque de O, C o S, agravado por la formacin de

gases que hacen frgil el metal. b.) Transferencia de masa (solucin de esta

Capa de xido


15

en un punto y acumulacin en otro). c.) Destruccin de las capas protectoras

del metal, por contacto con fundentes como compuestos de Pb, S o

pentxido de vanadio. d.) Agrietamientos por tensin del metal y

desprendimiento de los productos de la corrosin (erosin), lo que debilita

el metal hacindolo ms propenso al ataque del medio ambiente [98, 167,

168, 183].

1.1.3. Efectos Decorativos.

Los efectos o acabados decorativos son los ms extendidos en el

campo de los recubrimientos. Tienen como misin proporcionar a la pieza

un efecto atractivo y durable solamente durante un tiempo definido,

coincidente con el trmino de su vida industrial. Los acabados ms

extendidos en ests reas son los recubrimientos de cobre, nquel, cromo,

plata y oro. Actualmente, se estn desarrollando procesos multicapas de

aleaciones metlicas que garantizan una elevada resistencia a la corrosin,

abrasin, y en general, una resistencia al deterioro de la pieza, que mejora el

aspecto de su superficie y la decora, figura 1.11, [16, 51, 53, 82].

Figura 1.11. Efectos decorativos de recubrimientos tecnologas: a.) Tijera (TiNPVD), b.) Matriz de Conformado (TiC-TiNCVD), c.) Rodillo Compactador (NiCrMoEGAS), d.) Secador (Al2O3APS) y e.) Anillos (WC/CoHVOF Spray).

a.) b.) c.) d.) e.)


16

1.2. Aplicaciones de Recubrimientos.

En aplicaciones de recubrimientos se han desarrollado tecnologas, de acuerdo a las necesidades de los procesos industriales y de otra ndole son ejemplos los casos concretos siguientes:

a.) Sierra Circular.

En la figura 1.12 se muestra una sierra circular a la que se le

aplicaron diferentes recubrimientos: nitruro de titanio (TiN), nitruro de titanio aluminio (TiAlN), carbonitruro de titanio (TiCN) y nitruro de cromo (CrN) por la tecnologa de deposicin fsica en fase vapor (PVD) [3, 10]. Descripcin de los recubrimientos usados para corte: a.) TiN para materiales en base acero, para resistencia al desgaste abrasivo y adhesivo, con excepciones del acero inoxidable, cobre y titanio. b.) TiAlN para materiales con alta resistencia de traccin y dureza que generan altas temperaturas a altas velocidades y avances, tales como materiales en base aceros, aceros inoxidables, bronce y latn, con excepcin del Cu. Se pueden realizar cortes en seco, debido a la estabilidad trmica, qumica y la tenacidad de la estructura del recubrimiento de alto rendimiento contra el desgaste [121]. c.) TiCN para materiales con resistencia al desgaste abrasivo y alta resistencia de traccin a altas velocidades y avances, tales como aceros, incluido el inoxidable [71]. d.) CrN para materiales no frricos.

Figura 1.12. Sierra Circular

TiN CrN

TiCN TiAlN


17

b.) Plaquita.

En la figura 1.13 se ilustra una plaquita de herramienta de corte del

carburo de tungsteno (WC) como sustrato de excelente adherencia, revestida

de multicapas (carburo de zirconio (ZrC), xido de aluminio (Al2O3), TiCN

y TiN) por la tecnologa de deposicin qumica en fase vapor (CVD). La

plaquita de corte multicapas est desarrollada para operaciones de desbaste

pesado, corte interrumpido en el mecanizado y apropiada para acabado y

desbaste ligero, que puede hacerse a alta velocidad en aceros, aceros

inoxidables, y aleaciones de aceros termo resistentes, garantizndose

calidades en el mecanizado que incrementan la productividad y reducen el

costo de la herramienta [1, 2, 14].

Figura 1.13. Plaquita.

Descripcin de las capas depositadas en la plaquita: a.) ZrC aplicado

como sustrato especial de alta conductividad trmica y extremadamente

tenaz, mantiene la estabilidad del filo de corte, incluso en condiciones de

alta temperatura. b.) Al2O3 con una capa fina estructurada se obtiene

estabilidad trmica e incremento en la resistencia al desgaste en condiciones

de alta velocidad de corte. c.) TiCN capa resistente al calor garantizando alta

resistencia al desgaste abrasivo y alta resistencia de traccin a altas

TiN

Al2O3

TiCN ZrC

Sustrato


18

velocidades y avances en la operacin de corte o mecanizado [71]. d.) TiN

capa de baja friccin, que acta como barrera de difusin del calor y de

resistencia al desgaste abrasivo y adhesivo. e.) La almina (Al2O3) de grano

fino y el carbonitruro de titanio (TiCN) fibroso incrementan la fuerza de

adherencia al sustrato, lo cual aumenta la tenacidad y la durabilidad de la

plaquita [28].

c.) Rodillos.

En la figura 1.14 a, b y c se observa como se realizan las actividades

de recuperacin y reparacin de los rodillos en la Industria Manufacturera

del Papel con revestimiento de carburo de wolframio/cobalto cromo

(WC/10Co4Cr) por proyeccin trmica por llama a alta velocidad (HVOF).

La realizacin de la proyeccin del material de capa, que posteriormente

constituir el recubrimiento WC/10Co4Cr, tiene la finalidad de restaurar la

vida til de los rodillos, a travs de las operaciones de trabajos y, lograr

resolver problemas de corrosin electroqumica y a altas temperaturas,

fatiga axial y de desgastes por abrasin, erosin y deslizamiento.

Figura 1.14. Pasos de Proyeccin HVOF de Rodillos a, b y c.

a.) b.) c.)


19

d.) Tubos.

En la figura 1.15 a y b se observan dos vistas de los tubos de caldera

una aplicacin en la Industria Siderrgica, emplea la tecnologa de

proyeccin trmica con arco elctrico (EAS), para recargar y proteger los

tubos del desgaste por erosin con recubrimientos de carburo de tungsteno

(WC).

Figura 1.15. Tubos de caldera: a.) Erosionados y b.) Recubiertos de carburo de tungsteno (WC).

e.) Fmur.

En la figura 1.16 se aprecia la reparacin de un extremo del fmur

colocando un implante seo con capa biocompatible, realizado por la

Industrial Biomdica con la tecnologa de proyeccin trmica por plasma

(PS). Entre los materiales tpicos usados para crear la unin relacionada

entre el implante y el tejido fino, que permite promover el crecimiento del

hueso en forma acelerada, se encuentran las aleaciones de titanio (Ti),

cobalto cromo (CoCr) y hidroxiapatita (Ca5(PO4)3OH o HA) [15, 18, 73, 74,

75, 79, 113, 120, 124].

a.) b.)


20

Figura 1.16. El fmur hueso del cuerpo humano e implante seo.

Otros casos de aplicaciones de recubrimientos se describen en el

Apndice, Tabla A.1. desde la A a la F. En estas hay ilustraciones concretas,

sealndose el mtodo dependiente del tipo de recubrimiento superficial,

con los objetivos de recuperar, reparar, decorar y asegurar la produccin

en serie, en sectores industriales y afines.

1.3. Mtodos de Recubrimientos.

El recubrimiento consiste en una o varias capas de un material que se

agrega o deposita sobre la superficie del mismo o de otro material,

formndose una regin superficial con propiedades diferentes de las del

sustrato, figura 1.18, [114]. El objeto de aplicar un recubrimiento en la

superficie de los materiales es servir en una o ms de las finalidades

siguientes: a.) Proteger la superficie contra el ambiente que puede producir

la corrosin u otras reacciones de deteriorizacin o destruccin. b.) Mejorar

el aspecto de la superficie recuperndola o decorndola [16, 20, 36, 53].


21

Figura 1.17. Esquema de clasificacin de los recubrimientos.

Recubrimientos

Metlicos Cermicos Polmeros

Deposicin Inmersin en Caliente

ChapadoProyeccin Trmica

Qumica ElectroqumicaFase Vapor

Qumicas (CVD)

Fsicas(PVD)

Combustin

Arco Elctrico

Plasma

Fosfatado

Pavonado Anodizado

Cromatizado

Elctricas

Llama HVOF

Detonacin

Galvanizacin

Aluminizacin Estaado

Emplomado

Pulverizacin Catdica

Evaporacin Haces Moleculares

PLD Iones

Tratamiento Superficial

LPCVD (Sin plasma)

Laser CVD PECVD (DC,RF, etc.) (Con plasma) Laser Implantacin

Termoqumico

Cementacin Nitruracin Carbonitruracin

Sol - Gel

Termoplstico

Termoestable


22

Hay muchos mtodos de recubrimientos disponibles, y la seleccin

del mejor proceso depende de los requisitos funcionales (tamao, geometra

y metalurgia del sustrato), de la adaptabilidad del material de recubrimiento

al mtodo previsto, nivel de adherencia requerido, as como la

disponibilidad y costo del equipo. En la figura 1.17 se muestra la divisin de

los recubrimientos en: metlicos, cermicos y polmeros [13, 16, 21, 25, 53,

119, 177].

Figura 1.18. Recubrimiento o material de aporte que no reacciona con el sustrato y no se difunde o lo hace en pequea proporcin [80].

1.3.1. Preparacin de Superficies.

La preparacin de superficies se realiza para asegurar una ptima

adherencia y comportamiento del tratamiento superficial por recubrimiento

aplicado; cualquier proceso comienza siempre con la adecuacin de la

superficie que se puede efectuar de manera mecnica, qumica o ambas,

figuras 1.19 y 1.20, [81, 82, 98, 198]. En algunos recubrimientos antes de

realizarlos, se necesita aumentar o mejorar la adherencia en la superficie del

sustrato, crendose: a.) La rugosidad que sirva de anclaje mecnico y

aumente la superficie de contacto, figura 1.18. b.) Una capa de xido natural

por procesos de pasivacin en los metales [85, 114, 166, 205].

Sustrato

Recubrimiento


23

Figura 1.19. Esquema de la preparacin de superficies.

Figura 1.20. Preparacin superficial.

1.3.1.1. Preparacin Mecnica.

La preparacin mecnica arranca de la superficie de la pieza o

sustrato una fina capa, a travs de procesos tales como el desbarbado,

cepillado, torneado, esmerilado, pulido, rectificado, etc. que permiten

eliminar faltas de planitud, asperezas y otras irregularidades, defectos

locales tales como raspones, hoyos, marcas de herramientas, etc., figura

1.21. En menor medida se aplica la tcnica del chorreado, con arena u otro

material, que permite eliminar junto con las asperezas y defectos de la

superficie, los aceites, xidos y restos del mecanizado. Despus de estas

operaciones se necesita someter a las piezas a un proceso de lavado, puesto

que durante el mismo se deposita sobre la superficie de las piezas una parte

de la grasa y del abrasivo usado como polvo metlico [16, 80, 81, 98, 114,

205].

Sustrato

Mecnica QumicaPreparacin de superficies

Decapado

Desengrase Procesos: desbarbado, cepillado, torneado, esmerilado, chorreado, pulido, rectificado, etc.

No existe material de aporte o agregado


24

Figura 1.21. Esquema de la preparacin mecnica.

1.3.1.2. Preparacin Qumica.

La preparacin qumica tiene como objeto eliminar de la superficie

del sustrato, los residuos (aceites y grasas) y alteraciones superficiales

producidas por la mecanizacin o manipulacin de esta, figura 1.22, [16, 51,

80, 81, 91, 98, 205].

Figura 1.22. Esquema de la preparacin qumica.

a.) Decapado.

El contacto entre atmsfera y piezas metlicas provoca la formacin

de capas de xido. El proceso de decapado tiene como objeto la eliminacin,

de las capas adherentes, del xido y cascarilla de laminacin de la superficie

de la pieza de material metlico mediante su disolucin qumica o

electroltica [81, 91, 166, 198, 206]. Luego del decapado es necesario lavar

bien con agua corriente y secar con aire caliente las piezas [80, 98, 188].

Preparacin QumicaDecapado Desengrase

Preparacin Mecnica

Procesos: desbarbado, cepillado, torneado, esmerilado, chorreado, pulido, rectificado, etc.


25

b.) Desengrase.

El desengrase consiste en un pretratamiento de lavado para limpiar y

eliminar partculas sueltas sobre el sustrato, material abrasivo, impurezas de

tipo orgnico, aceites y grasas minerales y vegetales adheridas a la

superficie de las piezas procedentes de procesos de mecanizado,

transformacin mecnica del material y proteccin anticorrosiva. El

desengrase puede efectuarse por: 1.) Solucin acuosa alcalina (qumica o

electroltica). 2.) Bao de disolventes no halogenados. 3.) Vapores de

disolventes halogenados [81, 82, 99]. Los baos de desengrases tienen

agentes tensoactivos en su composicin que emulsionan los aceites y las

grasas adheridas a la superficie de la pieza y su efectividad depende de la

concentracin de los agentes, la temperatura y la duracin. Algunos

solventes orgnicos usados en el proceso de remocin de aceites y grasas de

la superficie de una pieza son petrleos alifticos, aromticos, hidrocarburos

(oxigenados y halogenados) o combinaciones de estos, vapor con

percloroetileno o tricloroetileno, con un rociado final de agua a presin, etc.

[51, 80, 91, 98].

1.3.2. Recubrimientos Metlicos.

Los recubrimientos metlicos consisten en una o varias capas de material metlico sobre la superficie de un sustrato, aplicada con la finalidad proteger o decorar [20, 36]; consiguindose alguna propiedad superficial deseada, como la resistencia al desgaste que no tiene el sustrato [53, 114], por algn mtodo de recubrimientos metlicos electroqumicos (anodizado y cromatizado), inmersin en caliente (galvanizacin, aluminizacin, estaado


26

y emplomado), metalizacin por proyeccin trmica, tratamientos termoqumicos de difusin (cementacin, nitruracin y carbonitruracin) y otros.

1.3.3. Recubrimientos Cermicos.

Los recubrimientos cermicos de tipos glaseados o vtreos, estn

formados por constituyentes que se encuentran abundantemente en la naturaleza, de inapreciable valor en la proteccin de materiales contra el descascarillado, choque trmico, erosin de los gases que circulan a altas velocidades, etc. Estos recubrimientos son eficaces, no forman ampollas ni se agrietan, resisten a las altas temperaturas y a la corrosin intergranular en el aire y en atmsferas corrosivas a temperaturas que pueden llegar en ocasiones a 1370 C. Ciertos compuestos proporcionan propiedades refractarias y elevadas temperaturas de coccin [52, 183, 201, 202].

1.3.4. Recubrimientos Polmeros.

Los recubrimientos polmeros son a base de polmeros sintticos: termoplsticos y termoestables, los cuales son creados por el hombre y se emplean para proteger, recuperar y decorar [36, 177, 180, 181, 183, 185, 187, 189, 190, 193, 195, 197, 201, 202].

Figura 1.23. Esquema de los recubrimientos polmeros.

PolmeroTermoplstico Termoestable


27

a.) Termoplsticos.

Los recubrimientos termoplsticos estn formados por molculas de cadenas largas lineales o ramificadas y a base de materiales de resinas de polimerizacin; su caracterstica principal es que al calentarse se ablandan o funden; son solubles en disolventes adecuados; moldeables, reversibles, resistente a la corrosin y al impacto [36, 98, 172]. Ejemplos de polmeros termoplsticos: politetrafluoroetileno (PTFE o CF2=CF2), polietileno (PE), polietileno tereftalato (PET), poliamida o nylon (PA), poliestireno (PS), polimetilmetacrilato (PMMA), etc. [177, 178, 179, 180, 181, 183, 185, 186, 187, 189, 190, 193, 197, 201, 202].

b.) Termoestables.

Los recubrimientos termoestables estn constituido a base de materiales de resinas de condensacin, experimentan un cambio qumico o curado, se descomponen al ser calentados, tienen estructuras reticulares tridimensionales [172, 189], no lineales, que proporcionan un consolidado continuo no deformable plsticamente [177], duros y rgidos, infusibles, insolubles, irreversibles. Ejemplos de polmeros termoestables: bakelita (C6(OH)(CH2)H2CH2), epoxi (EP), poliuretanos (PUR), etc. [180, 181, 183, 185, 187, 190, 193, 197, 201].

1.3.5. Mtodos Qumicos y Electroqumicos. En los mtodos qumicos y electroqumicos ocurre el proceso de conversin, a travs de la reaccin superficial del material de aporte con el


28

sustrato, pasando a formar parte de l. Ejemplos del proceso de conversin son el pavonado, fosfatado, cromatizado y anodinado, figuras 1.24 y 1.25.

Figura 1.24. Esquema de los mtodos qumicos y electroqumicos.

Figura 1.25. Proceso de conversin ilustrndose la reaccin superficial material de aporte sustrato.

1.3.5.1. Mtodos Qumicos.

En los mtodos qumicos, el depsito del recubrimiento ocurre por

reacciones qumicas, a travs de la oxidacin superficial del material se

produce una fina capa de xido, que tiene una estructura molecular distinta a

la del sustrato, no porosa, uniformemente extendida y resistente a los

procesos corrosivos, figura 1.26, [13, 172, 198, 203].

Figura 1.26. Esquema de los recubrimientos por mtodos qumicos.

Qumica Fosfatado

Pavonado Cromatizado

Recubrimiento

Sustrato

Qumica

Fosfatado

Pavonado

Cromatizado

Electroqumica Anodizado


29

a.) Pavonado.

El pavonado consiste en calentar las piezas de hierros (Fe) o aceros

en un bao bsico de sales fundidas oxidantes a la temperatura de unos 260

425 C, con la finalidad de crear una capa protectora de xido de hierro

(Fe3O4) de color negro [51, 81]. Tambin se puede obtener capas negras

sobre el cromo (Cr) y el aluminio (Al) [13, 198].

b.) Fosfatado.

El fosfatado consiste en la conversin de la superficie metlica en

una pelcula porosa de fosfato, que: a.) Proporciona el anclaje o fijacin

mecnica debido a su rugosidad a pinturas, esmaltes, aceites, lacas o

parafinas [13, 99, 172, 198]. b.) Evita que la humedad penetre y alcance el

sustrato e inhiba la corrosin por debajo de la pelcula. c.) Facilita la

deformacin en fro que se aplique despus. e.) Ejerce, por si solo, un efecto

anticorrosivo [51, 52, 80].

Los recubrimientos de fosfato lo constituyen sales cristalinas del sustrato sometido a tratamiento o de iones metlicos aadidos a la solucin de fosfatado. El secado de las piezas se debe hacer con aire caliente a temperatura < 90 C [80]. Algunos sustratos son: Fe, acero, Zn, aleaciones de Al, aleaciones ligeras o frricas, Cd, Sn, Mg [13, 91]. El fosfatado no ejerce ningn efecto adverso a las propiedades fsicas, pues ni la dureza ni la resistencia a la traccin se modifican [52] y es respetuoso con el medio ambiente [80]. Se distinguen los procedimientos de: a.) Fosfatacin ferrosa


30

por procedimientos de aspersin y inmersin a piezas pequeas y que requieren de poca proteccin anticorrosiva. b.) Fosfatacin con zinc. Forma una capa uniforme de fosfato de Zn y Fe que ofrece proteccin anticorrosiva y facilita la adherencia de un barnizado o laqueado. c.) Fosfatacin con varios metales. Se lleva acabo en lminas delgadas galvanizadas y afinadas de superficie mediante iones externos de Ca, Ni y Zn. Debido a la toxicidad de los iones de Ni, existen procesos alternos de fosfatacin sin Ni. d.) Fosfatacin orgnica. Se realiza la formacin de la capa de fosfato a travs de polifosfatos y un polmero de fosfato en una mezcla de hidrocarburo y alcohol [99, 198].

c.) Cromatizado.

El cromatizado consiste en una capa de formacin tipo gel, mixta de metal-xido de Cr, de comportamiento de modo pasivo, naturaleza no porosa que excluye casi toda la humedad, impidiendo que llegue al metal [51, 82]. Este proceso, tras los tratamientos de pasivado y secado a temperatura 90 C, adems de proteger la superficie de las piezas contra la corrosin, es un medio que incrementa la adherencia de la pintura que se aplique inmediatamente despus de la cromatacin [166]. La aplicacin puede ser en medio cido o alcalino, y entre los componentes del bao pueden estar los cidos crmicos y fluorhdricos, as como cromatos y fluoruros. Industrialmente se emplean indistintamente tratamientos de cromatizado cido, como el verde, el amarillo y el transparente, en funcin de los compuestos qumicos empleados y cromatizado alcalino [198]. Los mejores resultados del tratamiento se obtienen por inmersin o rociado a temperaturas de 25 35 C, alcanzndose espesores de 0,5 2,0 m. Algunos materiales usados son: Al, Mg, Zn, Cd, Cu, Sn, Ag y aleacin


31

ligera. Dadas las caractersticas de sus componentes, es preciso un alto control en su proceso para evitar el ataque al medio ambiente; las piezas resultantes tras el tratamiento no deben entrar en contacto con alimentos ni artculos de consumo; la limitacin del proceso se debe al agotamiento del principal componente del bao, cuya vida efectiva es corta por ser de baja concentracin y de pH entre 1 4 y no admite demasiadas dosificaciones de refuerzo, ocasionndose descargas discontinuas y frecuentes del bao empobrecido. Los componentes de metal pesado contaminantes contenido en el bao son el cromo hexavalente Cr+6 y trivalente Cr+3, no obstante existe tecnologa menos contaminante [13, 80]. Por otro lado, van formu

investigación de las características de adherencia sobre

Documents