Los recubrimientos protectores sobre materiales de uso industrial (#2) Requerimientos de un acabado protector metálico

Podemos decir que difícilmente habrá una rama de la industria y de la manufactura donde el acabado metálico no juegue un rol importante. Piezas y componentes con acabados metálicos se encuentran por igual en la arquitectura, la industria mueblera y textil, Maquinaria para la construcción, industria automotriz, aeroespacial, industria eléctrica y electrónica y telecomunicaciones.

Se usan recubrimientos en artesanías y piezas de joyería, pero también en componentes médicos, piezas de precisión de relojería, industria de herramentales, instrumentos ópticos, electrodomésticos, equipo para camping y para la práctica deportiva y en ropa y calzado entre otras, principalmente con fines estéticos y decorativos, pero también funcionales y a veces críticos. 

No exageramos cuando decimos que el acabado metálico se hace presente en cada aspecto de la vida actual. Casi cualquier cosa manufacturada es sometida de una u otra forma a un proceso de recubrimiento y acabado.

Como vimos en el artículo introductorio sobre el tema de los recubrimientos para uso industrial, una de las variantes de proceso mas usadas en la industria para aplicar recubrimientos metálicos, debido a su versatilidad y a la cantidad diferente de materiales que se pueden usar tanto en recubrimiento como en las piezas a recubrir, es el metalizado electrolítico, también conocido como galvanoplastia y en ingles electroplating.

A continuación se describen los principales requerimientos que la ingeniería de diseño y producción de piezas y partes industriales imponen a los procesos de recubrimientos por metalizado electrolítico.

• Calidad y efectividad en costo
• Es deseable que cualquier característica definida como requerimiento para el resultado de un proceso sea medible (o al menos evaluable) y en base a eso, correctamente especificable, además de obviamente reproducible en un proceso industrial al menor costo posible desde luego.
• Entre las características que comúnmente se especifican para el resultado de un recubrimiento metálico electrolítico están los siguientes:
• Tan fino como sea posible y con un espesor uniforme y exacto
• Superficie suave
• Estructura densa y de grano fino
• Fuerte adhesión al substrato
• Alta resistencia a la corrosión y el desgaste
• No presentar stress interno
• Suficiente ductibilidad (resistencia a la deformación)
• Alta dureza y resistencia al impacto
• Alta resistencia de tensión
• Bajo coeficiente de fricción distribuido uniformemente
• Además de que en algunas aplicaciones, otros requerimientos como la alta conductividad eléctrica, conductividad térmica, etc. pueden ser importantes.

Algunas veces también se definen combinaciones de requerimientos, por ejemplo, la resistencia a la corrosión y al desgaste como críticas y se dejan o consideran otras que pueden no serlo tanto dependiendo. Por ejemplo en aplicaciones eléctricas o electrónicas (como en los conectores de una tarjeta PCB) (Imagen 1) la conductividad eléctrica y la adherencia de un recubrimiento de cobre u oro, puede ser muy crítica incluso las tolerancias del espesor del metalizado, como en los pogo pins para test (imagen 2A y 2 B), mientras que en algunas otras, como en cilindros de impresión recubiertos de cobre la conductividad eléctrica es irrelevante pero la dureza es crítica (Imagen3), o bien en herramientas mecánicas. (Imagen 4) donde las tolerancias del espesor y la dureza se vuelven críticas también.

En ocasiones se definen de forma simultanea para una pieza requerimientos aparentemente contradictorios como "elevada fuerza de tensión" y "alta ductilidad" (resistencia a la deformación).

La mayoría de las veces, como en el caso del cromado, no solo se esperan o especifican características funcionales determinadas sino que además se desea o espera que el recubrimiento conserve sus propiedades estéticas o decorativas (como el brillo reflejante) por al menos el tiempo de vida esperado de la pieza o componente sobre el que se aplican. (Ver Imagen 5)

Otros requerimientos que pueden ocasionalmente surgir para un proceso de metalizado electrolítico relacionados con el diseño y la manufactura de la pieza son los siguientes:

• Que el recubrimiento elegido no interfiera con el substrato usado en la pieza para la adhesión del recubrimiento, con el ensamble requerido de esta en fases de producción posteriores o en cualquier otro proceso de maquinado o de interconexión posterior.
• Que no altere las propiedades del substrato.
• Que las tolerancias dimensionales del componente no se vean comprometidas
• Que no surjan complicaciones a la hora de requerir reparaciones la pieza
• Que el proceso de recubrimiento electrolítico sea tan rápido y económico como sea posible

Además, es necesario considerar que las propiedades de un recubrimiento pueden verse afectadas por incontables factores, como el tipo del material de substrato, la naturaleza y la forma de la superficie a metalizar, los procesos previos de limpieza y pretratamiento de la superficie de la pieza, la composición y concentración del electrolito y de los ácidos precursores que se utilicen, la distribución uniforme de la corriente eléctrica sobre la superficie al momento de aplicar la fuente de voltaje sobre los electrodos, la temperatura a la que se realiza la circulación de corriente sobre el electrolito y cualquier otro post-tratamiento mecánico, térmico o químico que se realice sobre la pieza metalizada.

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En el caso del substrato, dadas las numerosas interacciones que suceden a nivel atómico entre el substrato y el recubrimiento, la naturaleza y condición de la superficie del substrato es muy crítica para un buen resultado.

Su aplicación sobre la pieza debe ser química y físicamente homogénea, libre de cracks o porosidades, sin dobleces, encogimientos o sobresaltos superficiales. Para substratos no metálicos, estos deben "activarse" previamente.

De igual forma se menciona la forma y geometrías de la pieza a metalizar. En algunos tipos de procesos esto crea problemas varios que hacen necesaria una adaptación previa de la pieza o de la forma como se sumerge la pieza, esto principalmente para permitir una mejor distribución de la "densidad de corriente" o Amperes por unidad de superficie sobre la pieza misma. De esto surge un concepto usado en el ámbito de estas industrias conocido como "fit-for-plating" o "design-for-plating" del que hablaremos posteriormente.

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Por lo pronto eso es todo, que este bien. Nos seguimos viendo.

Atribuciones:

Imagen 1, 4, 5    Foto por formulario PxHere

Imagen 2 A   https://nara.getarchive.net/media/test-rollers-with-guide-pin-and-spline-556b84   No-CR restrictions

Imagen 2 B  Atribución: Imagen 2 "Pogo Pin Connectors Designed and Manufactured by C.C.P. Contact Probes" Jole222 bajo licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pogo_Pin_Connectors.jpg

Imagen 3  "Cylinder for rotogravure printing and cylinder for offset printing. Built in 1951/1984. MAN museum, Augsburg." Tiia Monto bajo licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cylinder_printing.jpg

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