Cubrir paira endurecer

2004/06/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Materialak

Os recubrimientos PVD, ademais de duros, teñen un baixo rozamiento.

Grazas aos duros recubrimientos PVD, os coches son cada vez máis lixeiros, os helicópteros máis seguros e as ferramentas duran máis. De feito, a superficie que se obtén con estes recubrimientos é moi dura e ten outras características especiais, por exemplo a baixa fricción e as altas temperaturas.

Na industria automobilística, por exemplo, os motores con cobertura comezaron a usarse nos coches de carreiras e co tempo chegaron ao resto de coches.

Entre outras cousas, logrouse incrementar o rendemento dos motores de inxección. As paredes do motor deben soportar una gran presión e ser necesariamente fortes. Pero non poden ser demasiado pesados, xa que o coche iría máis lento e consumiría máis combustible. Grazas aos recubrimientos PVD, conseguíronse motores máis robustos que co uso exclusivo de materiais convencionais e duran máis tempo.

Debido á dureza destes recubrimientos utilízase o método Vickers paira medir a dureza. Utilízase una pirámide de diamante na que o material de dureza descoñecida sométese á presión de devandita pirámide durante un tempo determinado e mídese a superficie da marca xerada no material. Medido con este método, o titanio, por exemplo, ten una dureza de 970 Vickers e un recubrimiento de nitruro de titanio, de 2.300 Vickers. Así pois, o recubrimiento de zinc ou níquel con nitruro de titanio consegue una superficie moito máis dura que a do propio titanio e a un prezo máis barato.

Nitruro de titanio, cobertura perfecta

Os helicópteros son máis seguros grazas ás pezas recubertas por PVD.

M. Horning

O nitruro de titanio é o primeiro recubrimiento obtido por PVD e o máis utilizado. Pola súa cor dourada é facilmente separable do resto de recubrimientos. Pero non é a cobertura máis dura nin moito menos. De feito, grazas á investigación creáronse novas xeracións de recubrimientos que, mediante a adición de aluminio ou una fonte de carbono no proceso, conseguen durezas superiores ao tres mil Vickers.

Pero, como se dixo, a dureza non é a única característica especial dos recubrimientos PVD. Algúns recubrimientos denomínanse lubricantes sólidos porque presentan una superficie cun coeficiente de fricción moi baixo. Por exemplo, se un helicóptero ten derrame de aceite, as aspas non poden seguir virando, xa que o aceite é imprescindible paira lubricar o movemento, pero os compoñentes recubertos de lubricante sólido permiten que as aspas non se deteñan bruscamente e o condutor ten tempo paira aterrar.

Ademais de nas aspas dos helicópteros, no resto de vehículos e na máquina ferramenta son moitas as pezas móbiles que requiren o menor rozamiento posible. A fricción supón, entre outras cousas, o quecemento das pezas e o freado do funcionamento, polo que nalgúns procesos é necesario un alto uso de graxas paira lubricar. O uso de recubrimientos de baixa fricción permite reducir o uso de lubricantes líquidos, o que permite un proceso máis limpo e un aforro económico.

A cobertura dos troqueles de fabricación de ferros, moedas ou compoñentes de coches con nitruro de titanio permite obter resultados moito mellores.

Na actualidade, o principal impulsor dos recubrimientos PVD é a industria do automóbil, pero en realidade xurdiron paira satisfacer as necesidades da industria da máquina ferramenta. Cando empezaron a facer máquinas cada vez máis rápidas, moitas das pezas estragábanse antes e había que polas a miúdo ou afialas porque estaban desfeitas. Había que endurecer dalgunha maneira as brocas, as fresas e o resto para que durasen máis, pero sen encarecer o produto, claro.

A clave está na técnica

Parece ser que a idea de endurecer as pezas con recubrimientos xurdiu hai tempo, en 1945. Con todo, naquela época non se desenvolveu a técnica de revestimentos duros e até a década dos 70 non se realizou ningún recubrimiento de nitruro de titanio.

O PVD é una técnica especial. Basicamente, a deposición física ao vapor (Physical Vapour Deposition) é a clave desta técnica, que se realiza a alta temperatura e en baleiro, é dicir, o aire da cámara extráese antes de realizar o recubrimiento evitando sustancias que podían depositarse en forma de impurezas. Esta técnica permite obter un recubrimiento compacto e homoxéneo.

Loxicamente, o baleiro que se obtén na cámara non é absoluto, a cobertura realízase a 0,01 mBar aproximadamente, é dicir, dez mil veces menos que a presión atmosférica. Paira iso utilízanse bombas sen carga e a cámara non pode ter ningunha rendija.

Una vez realizado o recubrimiento PVD pódense realizar outros tratamentos.

N. Herrería

Paira o recubrimiento de nitruro de titanio, por exemplo, o titanio entra en estado sólido na cámara e é bombardeado con electróns ou argón ionizado segundo o método, liberando átomos de titanio. Á súa vez introdúcese gas nitróxeno e o nitruro de titanio deposítase sobre pezas preparadas previamente paira o recubrimiento.

En xeral, os compoñentes metálicos do recubrimiento (titanio, cromo, aluminio...) entran en estado sólido e o resto en forma de gas (nitróxeno paira formar un recubrimiento de nitruro de titanio ou nitruro de cromo, nitróxeno e metano paira o carbonitruro de titanio, etc.). Desta forma obtéñense distintos tipos de recubrimientos que permiten elixir o que teña a característica máis adecuada en función do seu uso.

Queda devandito: A técnica PVD naceu paira recubrimientos duros e de baixa fricción. Pero tamén se utiliza paira outros recubrimientos, como o cromado, tan coñecido. E é que adaptando o PVD ao material que se vai a recubrir, pódese cubrir practicamente calquera material. Calquera sabe que o tratamento que teñen as lentes que teño vestidas paira non raialas nin reflectilas é tamén por PVD.

Xogando con recubrimientos

En revestimentos decorativos é rei o cromado, pero os primeiros fabricados por PVD foron os de nitruro de titanio e nitruro de zirconio. Ademais de duros, son esteticamente moi atractivos pola súa cor dourada. Por iso, hoxe en día seguen sendo moi utilizados como substitutos máis baratos do ouro.

Paira dar de ouro ás billas da cociña ou do baño, só hai que facer un recubrimiento deste tipo. O resultado esteticamente é o mesmo e ademais é difícil trazar ou oxidar a fonte, xa que é un material moi estable. E, xogando a combinar varios metais, pódense conseguir cores máis especiais.

Se se fala de cores especiais, non se pode deixar sen nomear óxidos metálicos. De feito, son capas transparentes de varios nanómetros que dan brillo ao elemento recuberto de tonalidades e cores.

A súa estabilidade fai que sexan moi adecuadas paira o recubrimiento de biomateriales como ferramentas cirúrxicas, próteses ou implantes dentais. Isto permite obter materiais biocompatibles máis baratos.

E aínda por riba, a técnica do PVD pode cubrir tamén materiais non condutores como plástico, vidro ou cristal. Estes recubrimientos realízanse de face á estética, pero tamén se realizan filtros transparentes paira protexerse da radiación infravermella e ultravioleta. Estes filtros son especialmente interesantes paira os despachos de billetes das estacións espaciais ou paira cubrir o visor dos cascos de bombeiros.