Tratamientos Superficiales y Modificación

Las superficies lo cubren todo. El atractivo y las funciones que nos brindan las superficies materiales son de suma importancia. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. El tratamiento y la modificación de la superficie conducen a propiedades mejoradas de la superficie y se pueden realizar como una operación de acabado final o antes de una operación de recubrimiento o unión. Los procesos de tratamiento y modificación de la superficie (también denominados SURFACE ENGINEERING) , adapte las superficies de los materiales y productos a:

 

 

 

- Controlar la fricción y el desgaste

 

- Mejorar la resistencia a la corrosión

 

- Mejorar la adhesión de recubrimientos posteriores o piezas unidas

 

- Cambiar las propiedades físicas conductividad, resistividad, energía superficial y reflexión

 

- Cambiar las propiedades químicas de las superficies mediante la introducción de grupos funcionales

 

- Cambiar dimensiones

 

- Cambiar la apariencia, por ejemplo, color, aspereza...etc.

 

- Limpiar y/o desinfectar las superficies

 

 

 

Mediante el tratamiento y la modificación de superficies, se pueden mejorar las funciones y la vida útil de los materiales. Nuestros métodos comunes de tratamiento y modificación de superficies se pueden dividir en dos categorías principales:

 

 

 

Tratamiento de superficie y modificación que cubre superficies:

 

Recubrimientos Orgánicos: Los recubrimientos orgánicos aplican pinturas, cementos, laminados, polvos fundidos y lubricantes sobre las superficies de los materiales.

 

Recubrimientos inorgánicos: Nuestros recubrimientos inorgánicos populares son la galvanoplastia, el recubrimiento autocatalítico (recubrimientos no electrolíticos), los recubrimientos de conversión, los aerosoles térmicos, la inmersión en caliente, el revestimiento duro, la fusión en horno, los recubrimientos de película delgada como SiO2, SiN sobre metal, vidrio, cerámica, etc. El tratamiento de superficie y la modificación que involucran recubrimientos se explican en detalle en el submenú relacionado, por favorhaga clic aquí Recubrimientos funcionales / Recubrimientos decorativos / Película delgada / Película gruesa

 

 

 

Tratamiento de superficie y modificación que altera las superficies: Aquí en esta página nos concentraremos en estos. No todas las técnicas de tratamiento y modificación de superficies que describimos a continuación están en la escala micro o nano, pero sin embargo las mencionaremos brevemente ya que los objetivos y métodos básicos son similares en gran medida a los que están en la escala de microfabricación.

 

 

 

Endurecimiento: Endurecimiento superficial selectivo por láser, llama, inducción y haz de electrones.

 

 

 

Tratamientos de alta energía: algunos de nuestros tratamientos de alta energía incluyen la implantación de iones, el acristalamiento y la fusión con láser y el tratamiento con haz de electrones.

 

 

 

Tratamientos de difusión fina: Los procesos de difusión fina incluyen nitrocarburación ferrítica, borización y otros procesos de reacción a alta temperatura como TiC, VC.

 

 

 

Tratamientos de difusión pesada: Nuestros procesos de difusión pesada incluyen cementación, nitruración y carbonitruración.

 

 

 

Tratamientos especiales de superficie: Los tratamientos especiales, como los tratamientos criogénicos, magnéticos y sónicos, afectan tanto a las superficies como a los materiales a granel.

 

 

 

Los procesos de endurecimiento selectivo se pueden realizar por llama, inducción, haz de electrones, haz de láser. Los sustratos grandes se endurecen en profundidad mediante el endurecimiento a la llama. El endurecimiento por inducción, por otro lado, se utiliza para piezas pequeñas. El endurecimiento por láser y haz de electrones a veces no se distinguen de los de los revestimientos duros o los tratamientos de alta energía. Estos procesos de modificación y tratamiento superficial son aplicables solo a aceros que tienen suficiente contenido de carbono y aleación para permitir el temple por enfriamiento rápido. Los hierros fundidos, los aceros al carbono, los aceros para herramientas y los aceros aleados son adecuados para este método de tratamiento y modificación de superficies. Las dimensiones de las piezas no se alteran significativamente por estos tratamientos superficiales de endurecimiento. La profundidad de endurecimiento puede variar desde 250 micras hasta la profundidad total de la sección. Sin embargo, en el caso de la sección completa, la sección debe ser delgada, menos de 25 mm (1 pulgada), o pequeña, ya que los procesos de endurecimiento requieren un enfriamiento rápido de los materiales, a veces en un segundo. Esto es difícil de lograr en piezas de trabajo grandes y, por lo tanto, en secciones grandes, solo se pueden templar las superficies. Como un proceso popular de tratamiento y modificación de superficies, endurecemos resortes, hojas de cuchillos y hojas quirúrgicas, entre muchos otros productos.

 

 

 

Los procesos de alta energía son métodos relativamente nuevos de tratamiento y modificación de superficies. Las propiedades de las superficies se cambian sin cambiar las dimensiones. Nuestros populares procesos de tratamiento de superficies de alta energía son el tratamiento con haz de electrones, la implantación de iones y el tratamiento con haz de láser.

 

 

 

Tratamiento con haz de electrones: el tratamiento superficial con haz de electrones altera las propiedades de la superficie mediante calentamiento y enfriamiento rápidos, del orden de 10 Exp6 centígrados/seg (10exp6 Fahrenheit/seg) en una región muy poco profunda de alrededor de 100 micrones cerca de la superficie del material. El tratamiento con haz de electrones también se puede utilizar en el revestimiento duro para producir aleaciones superficiales.

 

 

 

Implantación de iones: este método de tratamiento y modificación de superficies utiliza un haz de electrones o plasma para convertir átomos de gas en iones con suficiente energía e implantar/insertar los iones en la red atómica del sustrato, acelerados por bobinas magnéticas en una cámara de vacío. El vacío facilita que los iones se muevan libremente en la cámara. El desajuste entre los iones implantados y la superficie del metal crea defectos atómicos que endurecen la superficie.

 

 

 

Tratamiento con rayo láser: Al igual que el tratamiento y la modificación de la superficie con rayo de electrones, el tratamiento con rayo láser altera las propiedades de la superficie mediante calentamiento y enfriamiento rápidos en una región muy poco profunda cerca de la superficie. Este método de tratamiento y modificación de superficies también se puede utilizar en revestimientos duros para producir aleaciones superficiales.

 

 

 

Un know-how en dosificación de implantes y parámetros de tratamiento nos permite utilizar estas técnicas de tratamiento superficial de alta energía en nuestras plantas de fabricación.

 

 

 

Tratamientos superficiales de difusión fina:

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La nitrocarburación ferrítica es un proceso de cementación que difunde nitrógeno y carbono en metales ferrosos a temperaturas subcríticas. La temperatura de procesamiento suele ser de 565 grados centígrados (1049 Fahrenheit). A esta temperatura, los aceros y otras aleaciones ferrosas aún se encuentran en una fase ferrítica, lo cual es ventajoso en comparación con otros procesos de cementación que ocurren en la fase austenítica. El proceso se utiliza para mejorar:

 

•resistencia al desgaste

 

•propiedades de fatiga

 

•resistencia a la corrosión

 

Se produce muy poca distorsión de la forma durante el proceso de endurecimiento gracias a las bajas temperaturas de procesamiento.

 

 

 

La boroización es el proceso en el que se introduce boro en un metal o aleación. Es un proceso de modificación y endurecimiento de la superficie mediante el cual los átomos de boro se difunden en la superficie de un componente metálico. Como resultado, la superficie contiene boruros metálicos, como boruros de hierro y boruros de níquel. En su estado puro, estos boruros tienen una dureza y una resistencia al desgaste extremadamente altas. Las piezas de metal boro son extremadamente resistentes al desgaste y suelen durar hasta cinco veces más que los componentes tratados con tratamientos térmicos convencionales, como endurecimiento, cementación, nitruración, nitrocarburación o endurecimiento por inducción.

 

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Modificación y tratamiento de superficies de difusión intensa: si el contenido de carbono es bajo (menos del 0,25 %, por ejemplo), podemos aumentar el contenido de carbono de la superficie para el endurecimiento. La pieza puede tratarse térmicamente mediante enfriamiento rápido en un líquido o enfriarse en aire quieto según las propiedades deseadas. Este método solo permitirá el endurecimiento local en la superficie, pero no en el núcleo. A veces, esto es muy deseable porque permite una superficie dura con buenas propiedades de desgaste como en los engranajes, pero tiene un núcleo interno resistente que funcionará bien bajo carga de impacto.

 

 

 

En una de las técnicas de tratamiento y modificación de superficies, concretamente la cementación, añadimos carbono a la superficie. Exponemos la pieza a una atmósfera rica en carbono a una temperatura elevada y permitimos que la difusión transfiera los átomos de carbono al acero. La difusión ocurrirá solo si el acero tiene un bajo contenido de carbono, porque la difusión funciona según el principio diferencial de las concentraciones.

 

 

 

Carburación en paquete: las piezas se empaquetan en un medio con alto contenido de carbono, como polvo de carbón, y se calientan en un horno durante 12 a 72 horas a 900 centígrados (1652 Fahrenheit). A estas temperaturas se produce gas CO que es un fuerte agente reductor. La reacción de reducción ocurre en la superficie del acero liberando carbono. Luego, el carbono se difunde en la superficie gracias a la alta temperatura. El Carbono en la superficie es de 0.7% a 1.2% dependiendo de las condiciones del proceso. La dureza alcanzada es de 60 - 65 RC. La profundidad de la caja carburizada varía desde alrededor de 0,1 mm hasta 1,5 mm. La cementación en paquete requiere un buen control de la uniformidad de la temperatura y la consistencia en el calentamiento.

 

 

 

Carburación con gas: en esta variante de tratamiento de superficie, se suministra gas de monóxido de carbono (CO) a un horno calentado y se lleva a cabo la reacción de reducción de la deposición de carbono en la superficie de las piezas. Este proceso supera la mayoría de los problemas de la cementación en paquete. Sin embargo, una preocupación es la contención segura del gas CO.

 

 

 

Carburación líquida: las piezas de acero se sumergen en un baño rico en carbono fundido.

 

 

 

La nitruración es un proceso de modificación y tratamiento de superficies que implica la difusión de nitrógeno en la superficie del acero. El nitrógeno forma nitruros con elementos como el aluminio, el cromo y el molibdeno. Las piezas son tratadas térmicamente y templadas antes de la nitruración. Luego, las piezas se limpian y calientan en un horno en una atmósfera de amoníaco disociado (que contiene N y H) durante 10 a 40 horas a 500-625 centígrados (932 - 1157 Fahrenheit). El nitrógeno se difunde en el acero y forma aleaciones de nitruro. Este penetra a una profundidad de hasta 0,65 mm. El caso es muy duro y la distorsión es baja. Dado que la carcasa es delgada, no se recomienda el esmerilado de la superficie y, por lo tanto, el tratamiento de superficie con nitruración puede no ser una opción para superficies con requisitos de acabado muy suaves.

 

 

 

El proceso de modificación y tratamiento superficial de carbonitruración es más adecuado para aceros aleados con bajo contenido de carbono. En el proceso de carbonitruración, tanto el carbono como el nitrógeno se difunden en la superficie. Las piezas se calientan en una atmósfera de un hidrocarburo (como metano o propano) mezclado con amoníaco (NH3). En pocas palabras, el proceso es una mezcla de cementación y nitruración. El tratamiento superficial de carbonitruración se realiza a temperaturas de 760 - 870 centígrados (1400 - 1598 Fahrenheit), luego se enfría en una atmósfera de gas natural (sin oxígeno). El proceso de carbonitruración no es adecuado para piezas de alta precisión debido a las distorsiones que son inherentes. La dureza alcanzada es similar a la cementación (60 - 65 RC) pero no tan alta como la nitruración (70 RC). La profundidad de la caja está entre 0,1 y 0,75 mm. La caja es rica en nitruros y martensita. Se necesita un templado posterior para reducir la fragilidad.

 

 

 

Los procesos especiales de tratamiento y modificación de superficies se encuentran en las primeras etapas de desarrollo y su eficacia aún no se ha probado. Están:

 

 

 

Tratamiento criogénico: generalmente aplicado sobre aceros endurecidos, enfríe lentamente el sustrato a aproximadamente -166 centígrados (-300 Fahrenheit) para aumentar la densidad del material y, por lo tanto, aumentar la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional.

 

 

 

Tratamiento de vibración: estos tienen la intención de aliviar el estrés térmico acumulado en los tratamientos térmicos a través de vibraciones y aumentar la vida útil.

 

 

 

Tratamiento magnético: estos tienen la intención de alterar la alineación de los átomos en los materiales a través de campos magnéticos y, con suerte, mejorar la vida útil.

 

 

 

La eficacia de estas técnicas especiales de tratamiento y modificación de superficies aún está por demostrar. Además, estas tres técnicas anteriores afectan al material a granel además de las superficies.