Útil herramienta de consulta básica sobre posibles tratamientos superficiales.

1. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
2º TSMI - 2014/15
Eduardo Rodríguez Portes
CSM
CONFIGURACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICOS
Profesor: D. Francisco Pedro Pérez Núñez

2. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
Eduardo Rodríguez Portes
Podemos definir como tratamiento superficial, el dotar la superficie de un objeto con
unas determinadas características.
Dependiendo del tipo de material a ser tratado, los tratamientos superficiales sirven
para: Aumentar la dureza de una superficie para que sea más resistente al desgaste o rayado;
Aumentar la fricción de una superficie como en los frenos; Disminuir la fricción de una
superficie como en los cojinetes; El aislamiento para evitar un arco eléctrico, el contacto con la
atmósfera y elementos climáticos; Mejora de la retención de lubricantes en la superficie;
Aumentar la resistencia mecánica; La reconstrucción de piezas; Obtener características
decorativas, etc.
Existen una infinidad de variedades de tratamientos superficiales, se clasifican con
diferentes nombres y métodos de procesos.
Depósito electrolítico
Depósito por inmersión en metal fundido
Proyección térmica
Proceso de anodizado
TRATAMIENTOS MECÁNICOS - Mejoran las
características del metal por deformación mecánica en frío o
en caliente. Dependiendo del grado de deformación, será
necesario recomponer los cristales que forman la estructura
del metal.
La temperatura de recristalización, es la temperatura necesaria
para que un material se reestructure en una hora. Cuanto
mayor es la deformación del material, menor será la
temperatura necesaria para la recristalización, ya que
previamente se ha acumulado gran cantidad de energía en la
deformación. Los cristales más pequeños acumulan más
energía, por ese motivo dependiendo del tamaño del grano, el
tiempo de exposición del material a la temperatura de
recristalización variará hasta encontrar un equilibrio entre
fuerzas.
REVESTIMIENTO O DEPOSICIÓN DE MATERIAL - Se
denomina galvanoplastia el cubrimiento de una superficie con
otro material distinto al ser cubierto. El proceso suele llamar
como el material que cubrirá la superficie, como ejemplo, el
cincado con zinc, el cobrizado con cobre, el niquelado con
níquel, el cromado con cromo, el estañado con estaño, y otros
materiales como el oro, plata, platino, rodio, etc., que no
siguen esa norma.

3. Proceso de nitruración iónica
Carbonitruración
Granallado por impacto
DIFERENTES PROCESOS
Todos los procesos acumulan determinados riesgos a
tener en cuenta. Quemaduras químicas y térmicas por
contacto; Radiación infrarroja y ultravioleta; campos
electromagnéticos; riesgos eléctricos; explosión e incendio;
riesgos derivados del mantenimiento; riesgo de intoxicación y
asfixia; riesgo en recinto confinado; riesgo de reacciones
peligrosas por la mezcla de productos incompatibles; entre
otros peligros.
Será de vital importancia, el dotar al equipo humando
de información de cómo actuar en caso de accidentes, la
localización de elementos de seguridad y vías de escape,
además de los EPI´s (equipamientos de protección individual)
relacionados con el trabajo a desarrollar.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS - en este caso sólo
aplicado en las superficies, pudiendo controlar la profundidad
que se desee. Consiste en la transformación estructural, los
procesos pueden ser manuales, automáticos o
semiautomáticos, de forma continua o discontinua, agrupando
las piezas en un bastidor, individualmente, o en masa por
medio de bombos, cubas, cintas transportadoras, etc.
CONVERSIÓN QUÍMICA - Es un proceso químico para
el recubrimiento de metales, convirtiendo una parte de la
superficie en una capa de recubrimiento.
CONVERSÓN ELECTROQUÍMICA - Es un proceso
electroquímico para el recubrimiento de metales, convirtiendo
una parte de la superficie en una capa de recubrimiento.
TRATAMIENTOS DE DIFUSIÓN - Mejora las
propiedades de las superficies de los materiales, cada vez más
utilizados en la industria por su bajo coste y grandes
resultados.
TRATAMIENTO DE REMOCIÓN DE MATERIAL -consiste
en retirar material sobrante en la fabricación de una pieza. Hay
varios procesos para remover material de una superficie,
desde la limpieza hasta el decapado, el mecanizado por
arranque de viruta, por abrasión, o electroerosión. También
existen procesos para eliminar ciertos elementos de una base
metálica, como la descarburación o la desfosforación. Como
ejemplo de remoción de matrial, el rectificado de superficies
para el ensamblaje entre piezas.
Pintura epoxi en rompehielos
Pintura ignífuga reaccionando frente al
fuego

4. TIPOS DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
- Pinturas industriales - Uno de los tratamientos más
utilizado en la industria, pudiendo incluso sustituir muchos de
los anteriores si las necesidades no son de elevadas exigencias.
Existen un sinfín de variedades y aplicaciones para cualquier
tipo de superficies dotándolas con diversas características con
el añadido del color con fines decorativos. Como ejemplo el
uso de: Esmalte sintético de alto contenido en sólidos, tiene
excelente resistencia a la intemperie y al amarilleo; Esmalte
resistente al calor, para la protección de piezas que estén
sometidas a altas temperaturas; Esmalte Ignifugo, protección
contra el fuego de estructuras. E en caso de incendio retarda la
acción del fuego por una reacción química que infla la capa de
pintura formando un espacio aislante entre el fuego y el
material tratado. Pintura epoxi, usa la gran resistencia de la
resina epoxi, están indicadas para el cubrimiento de sistemas
que serán sometidos a diversas exigencias químicas y físicas.
Como curiosidad la aplicación de pintura epoxi anti fricción en
embarcaciones rompehielos.
- Esmaltado y recubrimiento cerámico u orgánico - se
suele usar en metales por la necesidad de cocción entre 750ºC
y 850ºC, tiene un acabado vidriado y resistente con el
inconveniente de la poca resistencia en aquellos materiales
que serán sometidos a deformaciones.
- Recocido - tiene como finalidad el ablandamiento. Se
trata de la recuperación de la estructura molecular o la
eliminación de tensiones. Generalmente en metales.
- Temple - se trata del rápido enfriamiento de una
pieza previamente calentada, consiguiendo así modificar las
propiedades de los materiales.
- Revenido - Es un proceso similar al temple
complementando a éste. Reduce la dureza y resistencia del
acero consiguiendo la dureza y resistencia deseadas.
- Bonificado - se denomina a la unión de los
tratamientos de temple y revenido. Este tratamiento dota al
acero gran resistencia a la tensión entre otras cualidades, con
lo que es perfecto para usarse en piezas sujetas a esfuerzos
muy severos
Remoción de material
Metal esmaltado
Recubrimiento cerámico
Recocido de un metal

5. Acero bonificado
- Maduración - seguido del temple y revenido, la
maduración natural o artificial trata del cambio en la
estructura del material pasado un período de tiempo.
- Cementación - Se trata de la aportación de una
materia rica en carbono llamada cementante, se aplica en
superficies de acero. Consiste en endurecer la superficie sin
modificar su núcleo sometiendo la pieza durante varias horas a
altas temperaturas. Se aplican en piezas que necesitan gran
resistencia al choque como los piñones, levas, ejes, etc.
- Nitruración en horno - Este proceso modifica la
composición de las superficies con altas temperaturas y
químicos que aportan nitrógeno a la superficie. Tiene una
velocidad de penetración muy lenta de aprox. 1mm cada 100
horas. Se aplican a piezas sometidas a grandes fuerzas de
rozamiento como engranajes, rodamientos, camisas de
cilindros, árboles de leva, etc.
- Nitruración iónica - Modifica la composición de las
superficies con un bombardeo de iones gracias a una
descomposición eléctrica de un químico que aporta nitrógeno
a la superficie. Se ejecuta en una cámara de ionización con la
peculiaridad en el proceso de iluminar la pieza con un color
morado.
- Carbonitruración - Este proceso es una alternativa a
la nitruración con un proceso similar empleado en metales con
bajo contenido en carbono. Se emplea en piezas que no
necesitan una gran resistencia consiguiendo una reducción en
los costes de fabricación.
- Borización - Es un tratamiento por inmersión en
metal fundido por encima de los 600ºC para conseguir una
capa de boruro de hierro. Se aplica normalmente en aceros
con el inconveniente de que las piezas pueden sufrir
deformaciones. Se suele aplicar en herramientas y piezas que
necesiten una superficie que soportarán cargas elevadas, pero
su uso será prácticamente estático.
- Sherardización o galvanizado - Proceso que reviste
una pieza metálica con cinc. Se realiza por procedimientos
electrolíticos, por cementación o bien por baño en metal
fundido. Su aplicación está pensada para metales que estarán
expuestos a la intemperie consiguiendo una superficie que
protege los metales de la corrosión.
Horno para la cementación
Temple del acero
Borización

6. Anodizado
- Depósitos por inmersión en metal fundido - Este tipo
de tratamiento usa calor para fundir el material a ser
depositado, con un intercambio de electrones de forma
natural debido a la reacción química entre ambos materiales.
- Depósitos electrolíticos - Este tipo de tratamiento
utiliza la electricidad para transportar los sedimentos en
depósitos con sustancias en estado líquido. Utiliza el
intercambio de electrones entre el ánodo (+) y cátodo (-).
- Depósitos químicos - Este tipo de tratamiento utiliza
reacciones químicas para la deposición de sedimentos en
depósitos con sustancias en estado líquido. Existe un
intercambio de electrones debido a la reacción química entre
las sustancias empleadas.
- Deposición química en fase vapor - Se trata de un
proceso químico para la creación de películas muy finas con
materiales de alta pureza muy utilizado en la industria de
semiconductores.
- Deposición física en fase vapor - Es un proceso
similar a la deposición química pero en este caso es
puramente física empleando un bombardeo de plasma (arco
eléctrico impulsado por chorro de aire). Muy utilizado en la
industria de semiconductores, en herramientas de corte para
el metal y en la creación de diamantes sintéticos.
- Aluminización - Es un proceso por deposición química
en fase vapor de alúmina sobre superficies de acero ferrítico.
Con este proceso se consigue altas transferencias de masa a
bajas temperaturas de operación. Se consigue gran resistencia
a altas temperaturas, muy usado en industria automovilística,
equipos térmicos, electrodomésticos que producen calor,
construcción, etc.
- Proyección térmica - Consisten en cubrir un material
con partículas fundidas, semifundidas, calientes e incluso frías,
se encuentran en estado sólido en forma de partículas muy
pequeñas. Se emplea en estructuras de acero en hormigón,
sistemas hidráulicos, rodillos industriales, válvulas, bombas,
etc.
- Cromatación - Tratamiento químico distinto al
cromado. Forma una capa protectora de metal y óxido de
cromo en metales siendo muy resistente a la corrosión. Se
aplica en la industria automovilística, calderas, torres de
enfriamiento, etc.
Acero sherardizado o galvanizado
Deposición química en fase vapor
Deposición física en fase vapor
Aluminización del acero
Chapado del acero

7. ten
- Anodizado - Generalmente empleado al aluminio, se
emplea el óxido del aluminio (alúmina) por medio de
procedimientos electroquímicos que forman una capa
protectora y decorativa si se emplean colores. Muy usado en la
fabricación de piezas de aluminio.
- Sulfuración electrolítica - Proceso electroquímico
usado para crear una película resistente en piezas metálicas.
Se emplea en piezas que sufrirán fricción entre ellas y no
necesariamente estarán lubricadas.
- Fosfatación - Se trata de la formación de una película
protectora en metales por sumersión química, que previene la
corrosión, mejora la retención de lubricantes o sirve de base
para otro recubrimiento con el aumento de la adherencia.
- Pavonado - consiste en generar una capa superficial
de óxido ferroso en la superficie de piezas de acero, mejora el
aspecto y evita la corrosión.
- Chapado - Consiste en cubrir un material con otro de
aleación metálica pudiendo ser precioso o no, siendo aplicados
en estado sólido en forma de partículas muy pequeñas. Muy
utilizado en la industria de bisutería.
- Rociado térmico - Se trata del metalizado de una
pieza con una proyección térmica con llama de oxicombustible
que funde el metal a ser depositado (polvo o hilo) sobre la
superficie a ser tratada.
- Implantación iónica - se trata de la implantación de
iones en otro material, cambiando la estructura de éste e
incluso su destrucción si el proceso se excede en el tiempo de
aplicación.
- Electroformado - es una galvanoplastia mediante una
solución acuosa compuesta por sales metálicas, las partículas
se transfieren desde un ánodo (+) a un cátodo (-).
- Granallado y chorro de arena - tratamiento de
limpieza por impacto de partículas abrasivas a altas
velocidades. Este tipo de tratamiento se utiliza sobre todo para
eliminar de las superficies todo aquello que no sea el material
de la pieza. Se aplica para eliminar óxido y capas de pintura
dejando la superficie al descubierto y preparada para un nuevo
tratamiento.
Cromatación
Sulfuración electrolítica
Fosfatación
Pavonado
Implantación iónica

8. VIVA
- Recargue por soldadura - Se trata de reconstruir una
pieza por soldadura rellenando el área perdida. Con un
mecanizado se recupera la forma que tenía en su día. La
deposición se hace precalentando la zona a ser reconstruida
antes de empezar a aplicar los cordones de soldadura.
- Impacto con láser - se puede decir que es la versión
moderna del granallado con la ventaja de actuar sobre áreas
más pequeñas o sobre geometrías complejas.
- Bruñido - este tratamiento es una operación de
acabado, consiste en la creación de surcos unidireccionales por
medio de piedras bruñidoras, muy utilizado en la fabricación
de camisas de motores, bielas, etc.
- Endurecimiento por explosivos - este tratamiento se
suele usar para el endurecimiento de piezas metálicas con alto
contenido de manganeso (acero Hadfield) cuyo trabajo será en
condiciones de impacto y abrasión como ejemplo los dientes
de una pala excavadora.
- Encerado - Se trata de la aplicación de una película de
cera principalmente en maderas. También existen otras
sustancias de recubrimiento para alimentos, proporcionando
un acabado de protección y brillo decorativo.
VIDEOS DEMOSTRATIVOS
FOSFATACIÓN
https://www.youtube.com/watch?v=QBJzoU7MfKA
PAVONADO
https://www.youtube.com/watch?v=qxxU2ACZt9E
GRANALLADO
https://www.youtube.com/watch?v=py27usEF3bo
ENCERADO DE ALIMENTOS
https://www.youtube.com/watch?v=hwlvJENk0c8
ROCIADO TÉRMICO
https://www.youtube.com/watch?v=btYktYAgUDs
DEPOSICIÓN FÍSICA EN FASE VAPOR
https://www.youtube.com/watch?v=lFl7PlFu9E8
DEPOISITOS POR INMERSION EN METAL FUNDIDO
https://www.youtube.com/watch?v=RDpwBE8QT4M
NITRURACIÓN
https://www.youtube.com/watch?v=5FI4d5SjvPk
TEMPLE
https://www.youtube.com/watch?v=X127yEwfKHQ
Recargue por soldadura
Electroformado
Bruñido
Encerado de alimentos
Encerado de madera