El enchapado es un proceso de acabado en el que se deposita un metal sobre una superficie. El enchapado se ha realizado durante cientos de años; también es fundamental para la tecnología moderna. El enchapado se utiliza para decorar objetos, para inhibir la corrosión, mejorar la soldabilidad, endurecer, mejorar la portabilidad, reducir la fricción, mejorar la adhesión de la pintura, alterar la conductividad, mejorar la reflectividad IR, proteger contra la radiación y para otros fines. La joyería suele utilizar chapado para dar un acabado plateado u dorado .
La deposición de películas delgadas ha recubierto objetos tan pequeños como un átomo, [1] por lo que el recubrimiento encuentra usos en la nanotecnología .
Existen varios métodos de enchapado y muchas variaciones. En un método, se cubre una superficie sólida con una lámina de metal y luego se aplica calor y presión para fusionarlas (una versión de esto es la placa Sheffield ). Otras técnicas de revestimiento incluyen galvanoplastia , deposición de vapor al vacío y deposición por pulverización catódica . Recientemente, el enchapado a menudo se refiere al uso de líquidos. Metalizar se refiere al recubrimiento de metal sobre objetos no metálicos.
En la galvanoplastia, se suministran electrones a un metal iónico para formar un recubrimiento no iónico sobre un sustrato. Un sistema común implica una solución química con la forma iónica del metal, un ánodo (cargado positivamente) que puede consistir en el metal que se recubre (un ánodo soluble ) o un ánodo insoluble (generalmente carbono, platino, titanio, plomo o acero). ), y finalmente, un cátodo (cargado negativamente) donde se suministran electrones para producir una película de metal no iónico.
La deposición no electrolítica , también conocida como revestimiento químico o autocatalítico , es un método de revestimiento no galvánico que implica varias reacciones simultáneas en una solución acuosa , que ocurren sin el uso de energía eléctrica externa. La reacción se logra cuando un agente reductor libera hidrógeno , normalmente hipofosfito de sodio (Nota: el hidrógeno sale como un ion hidruro) o tiourea , y se oxida, produciendo así una carga negativa en la superficie de la pieza. El método de deposición no electrolítica más común es el niquelado no electrolítico , aunque también se pueden aplicar de esta manera capas de plata, oro y cobre, como en la técnica del dorado ángel .
El baño de oro es un método para depositar una fina capa de oro sobre la superficie de vidrio o metal, generalmente cobre o plata.
El baño de oro se utiliza a menudo en electrónica, para proporcionar una capa eléctricamente conductora resistente a la corrosión sobre el cobre, normalmente en conectores eléctricos y placas de circuito impreso . Con el revestimiento directo de oro sobre cobre, los átomos de cobre tienen tendencia a difundirse a través de la capa de oro, provocando el deslustre de su superficie y la formación de una capa de óxido/sulfuro. Por lo tanto, se debe depositar una capa de un metal de barrera adecuado, generalmente níquel, sobre el sustrato de cobre, formando un sándwich de cobre, níquel y oro.
Los metales y el vidrio también pueden recubrirse con oro con fines ornamentales, utilizando varios procesos diferentes generalmente denominados dorado .
Los zafiros, los plásticos y la fibra de carbono son otros materiales que se pueden recubrir utilizando técnicas de recubrimiento avanzadas. Los sustratos que se pueden utilizar son casi ilimitados. [2]
El baño de plata se ha utilizado desde el siglo XVIII para proporcionar versiones más económicas de artículos para el hogar que de otro modo estarían hechos de plata maciza, incluidos cubiertos , vasijas de diversos tipos y candelabros. En el Reino Unido, las oficinas de ensayo , los comerciantes y coleccionistas de plata utilizan el término "plato" para artículos hechos de plata maciza, derivado mucho antes de que se inventara el baño de plata a partir de la palabra española para plata "plata", incautaciones de plata de barcos españoles. llevando plata desde América siendo una gran fuente de plata en ese momento. Esto puede causar confusión cuando se habla de artículos de plata; placa o chapado. En el Reino Unido es ilegal describir los artículos bañados en plata como "plata". No es ilegal describir los artículos bañados en plata como "platos de plata", aunque esto no es gramatical.
La forma más antigua de plateado fue la placa Sheffield , en la que finas láminas de plata se fusionan con una capa o núcleo de metal base, pero en el siglo XIX se introdujeron nuevos métodos de producción (incluida la galvanoplastia). El metal Britannia es una aleación de estaño, antimonio y cobre desarrollada como metal base para enchapar en plata.
Otro método que se puede utilizar para aplicar una fina capa de plata a objetos como el vidrio es colocar el reactivo de Tollens en un vaso, agregar glucosa/dextrosa y agitar la botella para promover la reacción.
Para aplicaciones en electrónica, a veces se utiliza plata para recubrir cobre, ya que su resistencia eléctrica es menor (ver Resistividad de varios materiales ); más aún en frecuencias más altas debido al efecto piel . Los condensadores variables se consideran de la más alta calidad cuando tienen placas plateadas. De manera similar, los cables plateados, o incluso de plata maciza, son muy apreciados en aplicaciones audiófilos ; sin embargo, algunos expertos consideran que en la práctica el revestimiento suele estar mal aplicado, lo que hace que el resultado sea inferior al de los cables de cobre de precio similar. [3]
Se debe tener cuidado con las piezas expuestas a ambientes de alta humedad porque en dichos ambientes, cuando la capa de plata es porosa o contiene grietas, el cobre subyacente sufre una rápida corrosión galvánica , desprendiéndose del revestimiento y exponiendo el cobre mismo; un proceso conocido como peste roja . El cobre plateado mantenido en un ambiente libre de humedad no sufrirá este tipo de corrosión.
El cobrizado es el proceso de formar electrolíticamente una capa de cobre en la superficie de un artículo. Se utiliza comúnmente como una alternativa aún más económica al baño de plata, ya que es mucho más barato que la plata.
El baño de rodio se utiliza ocasionalmente en oro blanco, plata o cobre y sus aleaciones. Generalmente se deposita primero una capa barrera de níquel sobre la plata, aunque en este caso no es para evitar la migración de la plata a través del rodio, sino para evitar la contaminación del baño de rodio con plata y cobre, que se disuelven ligeramente en el ácido sulfúrico normalmente presente en la composición del baño. [4]
El cromado es un tratamiento de acabado mediante deposición electrolítica de cromo . La forma más común de cromado es el cromo brillante decorativo, fino , que suele ser una capa de 10 µm sobre una placa de níquel subyacente . Al recubrir hierro o acero, un revestimiento subyacente de cobre permite que el níquel se adhiera. Los poros (pequeños agujeros) en las capas de níquel y cromo actúan para aliviar la tensión causada por el desajuste de expansión térmica , pero también perjudican la resistencia a la corrosión del recubrimiento. La resistencia a la corrosión se basa en la llamada capa de pasivación , que está determinada por la composición química y el procesamiento y se daña mediante grietas y poros. En un caso especial, los microporos pueden ayudar a distribuir el potencial electroquímico que acelera la corrosión galvánica entre las capas de níquel y cromo. Dependiendo de la aplicación, los recubrimientos de diferentes espesores requerirán diferentes equilibrios de las propiedades antes mencionadas. El cromo fino y brillante imparte un acabado similar a un espejo a elementos como marcos de muebles de metal y molduras de automóviles. Los depósitos más gruesos, de hasta 1000 μm, se denominan cromo duro y se utilizan en equipos industriales para reducir la fricción y el desgaste.
La solución tradicional utilizada para el cromado duro industrial se compone de aproximadamente 250 g/L de CrO 3 y aproximadamente 2,5 g/L de SO 4 − . En solución, el cromo existe como ácido crómico, conocido como cromo hexavalente . Se utiliza una corriente alta, en parte para estabilizar una fina capa de cromo (+2) en la superficie del trabajo chapado. El cromo ácido tiene poco poder de proyección, los detalles finos o los agujeros están más lejos y reciben menos corriente, lo que da como resultado un revestimiento deficiente.
Los recubrimientos de zinc previenen la oxidación del metal protegido formando una barrera y actuando como ánodo de sacrificio si esta barrera se daña. El óxido de zinc es un polvo fino y blanco que (a diferencia del óxido de hierro ) no provoca una alteración de la integridad de la superficie del sustrato a medida que se forma. De hecho, el óxido de zinc, si no se altera, puede actuar como una barrera para una mayor oxidación, de manera similar a la protección que brindan al aluminio y los aceros inoxidables sus capas de óxido . La mayoría de las piezas de hardware están galvanizadas en lugar de cadmio. [5]
El revestimiento de zinc-níquel es uno de los mejores acabados resistentes a la corrosión disponibles y ofrece más de 5 veces la protección del revestimiento de zinc convencional y hasta 1500 horas de rendimiento en la prueba de niebla salina neutra. Este revestimiento es una combinación de una aleación de zinc-níquel con alto contenido de níquel (10-15% de níquel) y alguna variación de cromato. Los cromatos mixtos más comunes incluyen el cromato hexavalente iridiscente, trivalente o trivalente negro. Utilizado para proteger acero, hierro fundido, latón, cobre y otros materiales, este revestimiento ácido es una opción segura para el medio ambiente. [6] El cromato hexavalente ha sido clasificado como carcinógeno humano por la EPA y OSHA. [7] [8]
El proceso de estañado se utiliza ampliamente para proteger superficies ferrosas y no ferrosas . El estaño es un metal útil para la industria procesadora de alimentos ya que no es tóxico, es dúctil y resistente a la corrosión. La excelente ductilidad del estaño permite que una lámina de metal base recubierta de estaño se forme en una variedad de formas sin dañar la capa superficial de estaño. Proporciona protección sacrificial para el cobre, el níquel y otros metales no ferrosos, pero no para el acero .
El estaño también se usa ampliamente en la industria electrónica debido a su capacidad para proteger el metal base de la oxidación, preservando así su soldabilidad. En aplicaciones electrónicas, se puede agregar entre un 3 % y un 7 % de plomo para mejorar la soldabilidad y evitar el crecimiento de "bigotes" metálicos en los depósitos tensionados por compresión, que de otro modo provocarían cortocircuitos eléctricos. Sin embargo, las regulaciones RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) promulgadas a partir de 2006 exigen que no se agregue plomo intencionalmente y que el porcentaje máximo no exceda el 1%. Se han emitido algunas exenciones a los requisitos de RoHS en aplicaciones electrónicas críticas debido a fallas que se sabe que ocurrieron como resultado de la formación de bigotes de estaño.
En algunos casos, es deseable co-depositar dos o más metales dando como resultado un depósito de aleación galvanizada. Dependiendo del sistema de aleación, una aleación galvanizada puede reforzarse con una solución sólida o endurecerse por precipitación mediante tratamiento térmico para mejorar las propiedades físicas y químicas del revestimiento. El níquel-cobalto es una aleación galvanizada común.
El revestimiento compuesto de matriz metálica se puede fabricar cuando un sustrato se recubre en un baño que contiene una suspensión de partículas cerámicas. La selección cuidadosa del tamaño y la composición de las partículas puede ajustar el depósito en cuanto a resistencia al desgaste, rendimiento a altas temperaturas o resistencia mecánica. El carburo de tungsteno , el carburo de silicio , el carburo de cromo y el óxido de aluminio (alúmina) se utilizan comúnmente en la galvanoplastia compuesta.
El revestimiento de cadmio está bajo escrutinio debido a la toxicidad ambiental del metal cadmio. El revestimiento de cadmio se utiliza ampliamente en algunas aplicaciones en los campos aeroespacial, militar y de aviación. Sin embargo, se está eliminando gradualmente debido a su toxicidad. [9] Los fabricantes de componentes militares y aeroespaciales, como Amfenol Aerospace , han estado explorando recientemente reemplazos de galvanoplastia para su uso con equipos actualmente en uso con el fin de apoyar la eliminación gradual del acabado peligroso. [10]
El revestimiento de cadmio (o revestimiento de cadmio ) ofrece una larga lista de ventajas técnicas, como una excelente resistencia a la corrosión incluso con espesores relativamente bajos y en atmósferas salinas, suavidad y maleabilidad , ausencia de productos de corrosión pegajosos y/o voluminosos, compatibilidad galvánica con el aluminio, libertad de stick-slip, lo que permite un torque confiable de hilos chapados, se puede teñir en muchos colores y es transparente, tiene buena lubricidad y soldabilidad y funciona bien como acabado final o como base de pintura. [5] [11]
Si las preocupaciones medioambientales son importantes, en la mayoría de los aspectos el baño de cadmio se puede sustituir directamente por un baño de oro, ya que comparte la mayoría de las propiedades del material, pero el oro es más caro y no puede servir como base de pintura.
El níquel se galvaniza utilizando un baño de Watts , una celda electrolítica que tiene un ánodo de níquel y un electrolito que contiene sulfato de níquel , cloruro de níquel y ácido bórico . [12] A veces se utilizan otras sales de níquel, como el sulfato de níquel y amonio, en lugar del sulfato de níquel.
El niquelado electrolítico, también conocido como eníquel y NiP , ofrece muchas ventajas: espesor de capa uniforme sobre las superficies más complicadas, revestimiento directo de metales ferrosos (acero), resistencia superior al desgaste y a la corrosión en comparación con el níquel o el cromo galvanizado. Gran parte del cromado realizado en la industria aeroespacial se puede reemplazar con niquelado químico; nuevamente, los costos ambientales, los costos de eliminación de desechos de cromo hexavalente y la notoria tendencia a la distribución desigual de la corriente favorecen el niquelado químico. [13]
El niquelado electrolítico es un proceso autocatalizador, la capa de níquel resultante es un compuesto NiP, con un contenido de fósforo del 7 al 11%. Las propiedades de la dureza de la capa resultante y la resistencia al desgaste se alteran en gran medida con la composición del baño y la temperatura de deposición, que deben regularse con una precisión de 1 °C, normalmente a 91 °C.
Durante la circulación del baño, cualquier partícula que contenga también se niquelará; Este efecto se aprovecha con ventaja en procesos que depositan revestimientos con partículas como carburo de silicio (SiC) o politetrafluoroetileno (PTFE). Si bien es superior en comparación con muchos otros procesos de revestimiento, es costoso porque el proceso es complejo. Además, el proceso es largo incluso para capas finas. Cuando lo único que preocupa es la resistencia a la corrosión o el tratamiento de la superficie, no se requiere un control muy estricto de la composición del baño ni de la temperatura y el proceso se utiliza para enchapar muchas toneladas en un baño a la vez.
Se sabe que las capas de niquelado no electrolítico proporcionan una adhesión superficial extrema cuando se recubren correctamente. El niquelado electrolítico no es magnético y es amorfo. Las capas de niquelado químico no se pueden soldar fácilmente ni se atascan con otros metales u otra pieza de trabajo niquelada químico bajo presión. Este efecto beneficia a los tornillos niquelados no electrolíticamente fabricados con materiales maleables como el titanio. La resistencia eléctrica es mayor en comparación con el revestimiento de metal puro.
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