El niquelado químico se aplica comúnmente con éxito en todas las aleaciones de aluminio. Su uniformidad de espesor, resistencia a la corrosión y la elevada dureza son una barrera eficiente contra los agentes corrosivos y en situaciones donde el desgaste juega un papel importante.
Entre los metales utilizados en la mecánica de precisión, el aluminio es idóneo para el concepto de mejora funcional y energética de las máquinas gracias a las excelentes cualidades mecánicas de algunas aleaciones, comparables a las de los aceros, a la posibilidad de extrusión, de colada por gravedad o presión y a la inestimable ligereza con un peso específico de alrededor de 2,7 g/cm3 frente a los 7,9 g/cm3 del acero. De esta forma, se obtienen grandes beneficios en los elementos móviles, donde se reducen las fuerzas asociadas y las consiguientes fricciones y consumos energéticos.
Sin embargo, las aleaciones de aluminio presentan algunas debilidades en lo que respecta a las características superficiales:
- Baja resistencia a la corrosión: las aleaciones de aluminio son particularmente propensas a la corrosión galvánica y no tienen resistencia química en contacto con sustancias ácidas o alcalinas.
- Baja resistencia al desgaste: la baja dureza superficial y la predisposición al gripado no las hacen adecuadas para el contacto por deslizamiento con otros componentes.
- Tendencia al gripado: los fenómenos de deslizamiento en piezas de aluminio tienden a crear gripado fácilmente.
Son dos los recubrimientos que más se utilizan para mejorar las características superficiales y que remedian los defectos del metal base: la anodización y el niquelado químico.
Dejando de lado la anodización en sus formas técnicas y decorativas que merecen libros aparte, nos centramos en las características y modalidades de aplicación del niquelado químico.
Se pueden niquelar todas las aleaciones de aluminio
La primera gran propiedad del niquelado químico es su aplicabilidad en todas las aleaciones de aluminio. Por lo tanto, las características técnicas superficiales resultantes son las mismas para todas las aleaciones. La anodización, en cambio, en ciertas aleaciones, no da resultados satisfactorios, ya sea por la estética poco atractiva o por la escasa resistencia a la corrosión y al desgaste. Se ven afectadas especialmente las aleaciones de fundición a presión con alto contenido de silicio y cobre.
Para niquelar el aluminio, es necesario activar la superficie de las piezas con un tratamiento llamado galvanizado, que deposita una ligera capa de unos pocos nanómetros de zinc en la pieza antes del niquelado. Cada aleación de aluminio, en función de los metales de aleación —Cu en especial, aunque también Si, Mg o Zn— necesita procedimientos adecuados y diferenciados entre sí para la creación de la capa de zinc. Este paso es muy importante porque la adhesión del recubrimiento de níquel químico y sus consiguientes funciones protectoras están muy influenciadas por la calidad de la capa de zinc, su espesor, distribución y uniformidad.
Resistencia a la corrosión del niquelado químico en las aleaciones de aluminio
El níquel químico protege las superficies que recubre porque es un metal noble, poco sensible a la agresión procedente de soluciones salinas y contaminantes industriales. Su capacidad de protección está dada por el grado de cobertura e impermeabilización que se puede obtener hacia el metal base.
No obstante, hay que tener en cuenta el papel de metal sacrificial del aluminio en comparación con el níquel químico en situación de inicio de corrosión. En presencia de corrosión por vía húmeda, debido a la diferencia de potencial electroquímico entre Al y Ni, se produce el llamado «efecto pila», que acelera la corrosión del metal base y tiende a hacer que progrese a lo largo de la interfaz Ni-Al, provocando el desprendimiento del recubrimiento de Ni.
Para remediar esta situación, se establecen espesores de níquel químico adecuados a la agresividad del entorno de uso y se recurre a electrolitos de níquel químico modificados en los componentes de aleación para reducir la porosidad intrínseca de la capa de recubrimiento.
El recubrimiento de niquelado Niplate® eXtreme es un níquel químico diseñado para aleaciones de aluminio, capaz de conferir la máxima resistencia a la corrosión y evitar el fenómeno de descamación en caso de inicio de corrosión. A igualdad de espesor, el Niplate® eXtreme, en comparación con otros níqueles químicos, da mayor protección al tener una porosidad residual casi nula. Además, con el Niplate® eXtreme, la corrosión permanece localizada en el punto de inicio, progresando solo cerca del dicho punto.
Para elegir la mejor solución a un problema de corrosión, además del tipo de níquel químico más adecuado con el espesor correcto, se deben tener en cuenta los siguientes factores que afectan al resultado final:
- Las porosidades intrínsecas de la aleación de Al, de las cuales los soplados de los moldeados a presión son un ejemplo común.
- Las posibles inclusiones inertes en la aleación de aluminio que crean discontinuidades en el recubrimiento de níquel.
- El procesamiento mecánico más o menos fino con material cortado por la herramienta en lugar de arrancado.
- Las esquinas bien radiadas en lugar de vivas.
- La manipulación de las piezas después del tratamiento, que puede provocar abolladuras en las mismas con inicio de grietas en el recubrimiento duro de níquel químico y los consiguientes efectos.
Adoptando los ciclos correctos de preparación para el niquelado y los electrolitos adecuados, en aleaciones compactas y finamente procesadas se obtienen buenos resultados de resistencia a la corrosión superiores a 100 horas con la prueba de niebla salina ISO 9227 a espesores de 10-15 µm y hasta 720 horas de sellado con espesores de 30-35µm.
Resistencia al desgaste del aluminio niquelado
Como se mencionó anteriormente, las características superficiales del aluminio niquelado químicamente son las propias del níquel químico. La dureza del recubrimiento está entre 550 y 650 HV, según el tipo de níquel químico elegido, con resistencia al desgaste indicada en las fichas técnicas del Niplate ® 500 y Niplate® 600 , a las que se hace referencia para más información.
El posterior endurecimiento del níquel químico, con el consiguiente aumento de la resistencia al desgaste, se realiza a través de tratamientos térmicos. Las temperaturas a las que se endurece normalmente el níquel químico, es decir, 280 °C y 340 °C durante algunas horas permiten alcanzar, respectivamente, 800±50 HV y 1000±50 HV, si bien pueden afectar a las propiedades mecánicas de algunas aleaciones de aluminio.
Al evaluar y diseñar una pieza de aluminio niquelado químicamente y sujeto a desgaste, se tendrán en cuenta las cargas localizadas que debe soportar la pieza durante el deslizamiento en la contraparte mecánica para verificar si el espesor y la dureza del níquel son adecuados.
En la práctica, muchos artículos se producen en casi todas las aleaciones de aluminio y están recubiertos con níquel químico para satisfacer las necesidades de resistencia al desgaste, gracias también a la excelente capacidad de deslizamiento que posee, tanto en la contraparte metálica como en las juntas o sellos de goma.