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Tratamiento superficial asistido por plasma, una alternativa limpia a los procesos de recubrimiento electrolítico

plasma
junio 11th, 2015
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Los fenómenos de abrasión, desgaste y corrosión, presentes en un sinnúmero de componentes metálicos de equipos y maquinaria industrial, traen consigo de forma inherente una serie de problemáticas como la disminución en el tiempo de vida útil de los componentes, el incremento en el número de paros para reemplazo de los mismos y el aumento en la demanda energética de equipos y maquinaria.

Con el objetivo de contrarrestar el efecto de dichos fenómenos, la aplicación de recubrimientos superficiales sobre sustratos metálicos ha sido una práctica común para el incremento en la dureza superficial y la resistencia a la corrosión, destacando los procesos de recubrimiento mediante cromado electrolítico.

Si bien los procesos electrolíticos para recubrimientos de cromo tienen una probada eficacia, es conocido el alto nivel de toxicidad de sus residuos, como consecuencia de la presencia de cromo hexavalente (Cr6+). Este elemento es altamente contaminante de suelo y aire y ha sido considerado por diversas agencias de salud internacionales como altamente cancerígeno. Así, diversos países han establecido regulaciones ambientales estrictas que prohíben la aplicación y el uso de este tipo de recubrimientos, activando el interés por sustituir los recubrimientos electrolíticos por tecnologías limpias.

En este sentido, las tecnologías limpias de modificación superficial asistidas por plasma, como la nitruración iónica, surgen como alternativas potenciales para el reemplazo de los procesos de cromado electrolítico. La nitruración iónica, también conocida como nitruración por plasma o nitruración en descargas luminosas, es un proceso de endurecimiento superficial, económico limpio y de alto grado de control, que tiene el objetivo de modificar químicamente la superficie de piezas metálicas para incrementar sus propiedades de dureza, corrosión y resistencia al desgaste y, en consecuencia, su tiempo de vida útil.

El proceso se realiza en una cámara hermética con presencia de una mezcla gaseosa rica en nitrógeno a una presión de vacío cercana a los 250Pa. Las piezas cuya superficie será nitrurada son colocadas en una platina porta–muestras, localizada en el interior de la cámara y aislada eléctricamente de la misma. Una diferencia de potencial de alrededor de 800 Volts es aplicada entre la platina/piezas en tratamiento (electrodo negativo) y la cámara (electrodo positivo), generando un flujo eléctrico importante a través del gas contenido en la cámara. Tal flujo eléctrico promueve el fenómeno de ionización del gas generando así un plasma gaseoso rico en iones nitrógeno (N+). Como las piezas que están siendo procesadas están conectadas al electrodo negativo, por diferencia de cargas, existe una atracción natural de los iones positivos de nitrógeno hacia la superficie de las piezas en tratamiento. De esta forma, si la temperatura de la pieza es la adecuada (alrededor de 500°C), el nitrógeno empezará a reaccionar químicamente con el hierro de la pieza en tratamiento formando una capa delgada de un nuevo compuesto químico identificado como nitruro de hierro Fe3N y o además Fe4N. Este compuesto es duro y típicamente con propiedades de resistencia a la abrasión y el desgaste, muy por encima de las del material sin tratamiento.

Estudios realizados en un equipo de modificación superficial asistido por plasma, diseñado y construido en la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales S.A. de C.V. (Comimsa), revelan que mediante la tecnología de nitrurado iónico de un acero baja aleación es posible obtener características de dureza superficial superiores a las de un proceso electrolítico de cromo duro, con valores de dureza superficial de 200 HV50g, 940 HV50g y 1000HV50g, para el material sin tratamiento y las muestras cromada y nitrurada, respectivamente. Sin embargo, a pesar del buen desempeño en lo que a dureza se refiere, las propiedades de resistencia a la corrosión del material cromado no se alcanzan directamente por el tratamiento de nitrurado iónico.

Con la visión de reemplazar integralmente el proceso tóxico de cromado electrolítico, se ha propuesto un tratamiento de post-oxidación iónica con la finalidad de proveer una segunda capa delgada superficial rica en óxidos cuya resistencia a la corrosión supere la del cromado. Tal proceso se realiza en el mismo equipo de modificación superficial, inmediatamente después de concluido el nitrurado iónico. La atmósfera rica en nitrógeno utilizada para la nitruración es reemplazada por una atmósfera rica en oxígeno, que promoverá la reacción química del hierro con el oxígeno para la formación controlada de óxidos de hierro tipo Fe3O4 y Fe2O3.

Las investigaciones realizadas han demostrado que las capas de óxido de hierro tipo Fe3O4, sobre la superficie de una muestra nitrurada, superan las propiedades de dureza superficial y resistencia a la corrosión de los recubrimientos de cromo aplicados mediante técnicas electrolíticas. En este sentido, es evidente que las tecnologías de modificación superficial asistidas por plasma son candidatos potenciales para la paulatina sustitución de los procesos de recubrimiento electrolítico en aplicaciones industriales tales como flechas, ejes, rodillos, válvulas, pernos, cigüeñales y matrices de troqueles, entre muchas otras.

Fuente:http://blogs.eluniversal.com.mx/weblogs_detalle16955.html


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