Tratamientos superficiales TEMA 12 TECNOLOGÍA DE MATERIALES

Tratamientos superficiales

TEMA 12

TECNOLOGÍA DE MATERIALES

12.0 Introducción

12.1 Modificación superficial (sin cambio de composición)

12.2 Modificación superficial (con cambio de composición)

12.3 Recubrimientos superficiales

ÍNDICE



12.0 Introducción12.0 Introducción

Fricción, desgaste, oxidación, corrosión propiedades superficiales

Material convencional

Modificación superficial Tratamientos superficiales alteran la

superficie de los productos con el fin de mejorar su resistencia al desgaste, oxidación…



12.1 Modificación superficial (sin cambio de composición)12.1 Modificación superficial (sin cambio de composición)

Temple superficialTemple superficial

Fusión y resolidificación Fusión y resolidificación microestructuras muy finas (más duras), formación de fases de no equilibrio e incluso fases vítreas.

Por inducción

Por láser

Por bombardeo



12.2 Modificación superficial (con cambio de composición)12.2 Modificación superficial (con cambio de composición)

Al modificar la composición química superficial

microestructuras y propiedades muy diferentes a las del material original

Los procesos termoquímicos consisten en la introducción por difusión de átomos apropiados (C en el caso de la carburación, N en la nitruración, C y N en la carbonitruración...)

Generalmente estos tratamientos se aplican en estado sólido,

aunque también sería posible fundir localmente con láser la

superficie del producto y añadir al baño los aleantes precisos

en forma de polvos







IMPLANTACIÓN IÓNICA

Profundidades ≤ 1μm

apenas se modifican dimensiones ni acabados superficiales

N+, N2+, C+, B+, Ti+, Al+


Bombardeo en fríoen frío con iones acelerados

mediante diferencia de potencial

Proceso muy versátil, aplicable sobre cualquier material


12.3 Recubrimientos superficiales12.3 Recubrimientos superficiales

Función de los recubrimientos


1. Protección contra la corrosión

2. Mejorar el aspecto (textura) superficial del producto

3. Aumentar la resistencia al desgasto y/o reducir la fricción

4. Aumentar la conductividad o la resistencia eléctrica

5. Reconstruir superficies gastadas



12.3.1 Recubrimientos por inmersión o por vía electroquímica


ELECTRODEPOSICIÓN O RECUBRIMIENTO ELECTROQUÍMICOELECTRODEPOSICIÓN O RECUBRIMIENTO ELECTROQUÍMICO

El volumen de metal depositado es directamente proporcional a la intensidad de corriente circulante y al tiempo

Me Me+ + e

Me+ + e Me

Metales más comunes:

Zn (sobre acero: galvanizado), Ni, Cr, Cu, Sn (sobre acero: hojalata) Au, Ag y Pt





ANODIZADOANODIZADOProceso electrolítico de protección ambiental de las aleaciones de Al y Mg, que consiste en la formación de un óxido protector, que aísla al producto del medio ambiente y de este modo dificulta la corrosión posterior del mismo

En este caso la pieza a recubrir constituye el ánodo de la celda (Me Me+ + e )

Los cationes metálicos forman el correspondiente óxido en presencia de un medio oxidante





INMERSIÓN EN CALIENTEINMERSIÓN EN CALIENTESe sumerge la pieza en un baño fundido de un segundo metal.

Al extraer la pieza, el segundo metal solidifica sobre la superficie del primero.

El tiempo de inmersión controla el espesor de la capa (40μm<e<100μm)

Metales más comunes:

Zn, Al, Sn y Pb

Se obtiene una excelente adherencia ya que la difusión que opera necesariamente a las temperaturas del tratamiento lleva a la

formación de compuestos intermetálicos de transición



12.3.1 Recubrimientos por

inmersión o por vía

electroquímica






ESMALTADOSESMALTADOSRecubrimientos cerámicos vítreos (porcelanas) que se aplican sobre productos metálicos y cerámicos (sanitarios...) con el propósito de mejorar su apariencia y durabilidad.

Las piezas, una vez recubiertas deben ser secadas y sinterizadas



12.3.2 Procesos de deposición en fase vapor


DEPOSICIÓN FÍSICA DE VAPOR (PVD)DEPOSICIÓN FÍSICA DE VAPOR (PVD)1.Generación de vapor

2. Transporte del vapor hasta el sustrato (pieza a cubrir)

3. Condensación del vapor sobre la superficie del sustrato (normalmente dentro de una cámara donde se ha realizado el vacío)



12.3.2 Procesos de

deposición en fase vapor


Gran variedad de recubrimientos y sustratos (metales, vidrio, plásticos, cerámicas)

Efecto Joule

Velocidades de deposición del orden de unas pocas μm por minuto

Deposición Física de Vapor (PVD)





Recubrimientos de compuestos (Al2O3, TiC, Si3N4)

DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR (CVD)DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR (CVD)

Surgen como consecuencia de la reacción química entre

dos gases a alta temperatura

TiCl4 + CH4 (1000ºC) TiC + 4 HCl

3 SiF4 + 4 NH3 (1000ºC) Si3N4 +12 HF

Ni(CO)4 (200ºC) Ni + 4CO





DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR (CVD)DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR (CVD)

Altas temperaturas Fuertes adherencias

Velocidades de deposición del orden de entre 0,1 y 1 μm por minuto



12.3.3 Proyección térmica


Proyección térmica

Utilizan una fuente de calor (combustión de un gas,

arco eléctrico, plasma...) para fundir el material del

revestimiento que se aporta en forma de alambre o de

polvo muy fino y las gotas fundidas se proyectan a

gran velocidad contra la superficie a recubrir con la

ayuda de un gas (normalmente aire)





Las gotas chocan violentamente contra la superficie fría, solidifican rapidísimamente en contacto con ella, consiguiendo una buena

adherencia

Método muy versátil ya que es posible proyectar cualquier material incluidos refractarios.

La adherencia lograda aumentará al hacerlo tanto la temperatura como la velocidad de las partículas en el momento del impacto





Oxidación de las partículas durante el vuelo en contacto con el aire que las rodeael uso de gas inerte limita este problema

El inevitable atrape de aire se incorpora al recubrimiento porosidad





Recubrimientos gruesos

Deposición de recargues (no es estrictamente un método de recubrimiento por proyección térmica)

Técnicas de soldeo

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