NOTAS HISTÓRICAS E INTRODUCCIÓN AL CROMADO
En 1791 Galvani inventó la pila que permitió posteriormente el desarrollo de la galvanoplastia, es decir, la deposición de metal en las superficies conductoras. Los primeros electrolitos para el cromado a nivel industrial se introdujeron en la segunda mitad del siglo XIX y se perfeccionaron a principios del siglo XX. A excepción de pequeñas variaciones en las formulaciones de los electrolitos de cromado, hasta nuestros días el componente básico del baño de cromado es el anhídrido crómico CrO₃, definido como ácido crómico cuando está en solución. El cromo en este electrolito está en forma hexavalente y sus sales se definen como cromados.
Debido a la alta toxicidad del cromo en su forma hexavalente (Cr VI), actualmente se imponen fuertes restricciones a su uso. Por otro lado, el cromo metálico, incluso si se deposita en baños de cromo hexavalente, no tiene limitaciones de uso, ya que es inerte y su disolución en ambientes agresivos tampoco es problemática, puesto que se transforma de cromo cerovalente (Cr°) en cromo trivalente (Cr III) no tóxico.
Debido a la peligrosidad del cromo hexavalente, el reglamento REACH ha limitado su uso a empresas que han obtenido la autorización. Por esta razón, en los últimos años se han desarrollado electrolitos que utilizan cromo trivalente —en lugar de cromo hexavalente— para el cromado decorativo. Hasta la fecha no existen alternativas al cromo hexavalente para el cromado duro con espesor.
Las propiedades del cromo metálico depositado electrolíticamente son bien conocidas y el uso del cromado sigue siendo uno de los métodos más comunes para proteger los objetos metálicos contra la corrosión y el desgaste.
El cromado se puede distinguir técnicamente en dos tipos de recubrimiento utilizados para diferentes fines:
- El cromado duro con espesor
- El cromado decorativo
CROMADO DURO CON ESPESOR
Mediante el proceso de cromado se deposita directamente sobre acero u otro metal base una capa funcional de cromo con el fin de conferir una elevada dureza superficial y proteger la pieza contra el desgaste y la corrosión.
El recubrimiento de cromo duro está muy extendido, especialmente en piezas de geometría simple sometidas a desgaste abrasivo por deslizamiento, como vástagos de cilindros hidráulicos, oleohidráulicos, rodillos de calandrado para fábricas de papel o gráficos y muchas otras aplicaciones donde la dureza y la capacidad de deslizamiento del cromo son insuperables.
Espesor
El cromado duro se deposita con espesores que pueden ir desde unas pocas decenas hasta cientos de micras dependiendo de las exigencias de la aplicación donde se va a usar.
En aplicaciones con elevadas cargas de deslizamiento o desgaste pesado, se deposita una capa con un alto espesor y se procede a un rectificado posterior para permitir volver a entrar en la rugosidad y en las dimensiones correctas, alisando las irregularidades del recubrimiento.
Una limitación bastante importante del baño de cromado es su escasa penetración en las zonas de baja densidad de corriente. En otras palabras, la corriente necesaria para la deposición galvánica tiende a depositar el cromo en las partes más externas de la pieza por recubrir. Como resultado, la capa de cromo es mucho más gruesa en las esquinas externas, mientras que es escasa o incluso inexistente en las partes internas de una pieza mecánica compleja. Por esta razón, a pesar de sus características excepcionales, se utiliza principalmente en partes cilíndricas o con formas simples.
Dureza y resistencia al desgaste
La dureza del cromo es alta y va de 800 a 1000 HV, dependiendo de los modos de deposición.
El cromado duro es el recubrimiento principal cuando se necesita una capacidad de deslizamiento muy buena combinada con una resistencia al desgaste máxima, en situaciones de desgaste muy exigentes. La capa de cromo, cuando se deposita con la máxima dureza, está microfisurada con grietas difusas y esta característica, aunque por un lado reduce la resistencia a la corrosión, por otro permite que las sustancias oleosas se instalen en las grietas, al permitir una ligera lubricación continua que es muy beneficiosa en el caso de deslizamiento en juntas como en los gatos hidráulicos.
Resistencia a la corrosión
La resistencia a la corrosión es bastante buena, aunque no resulta excelente cuando no está soportada por un recubrimiento subyacente. Esto se debe a la microfisuración de la capa, que permite la corrosión del material base después de unas pocas horas de exposición a la niebla salina.
CROMADO DECORATIVO
Es el clásico cromado brillante de los grifos y de las piezas utilizadas con fines decorativos, por el aspecto brillante y atractivo que se obtiene sobre la pieza después del tratamiento.
También se llama niquelado-cromado, ya que se trata de un doble recubrimiento, compuesto por una primera capa de niquelado electrolítico que le da suavidad y brillo, y una posterior capa de cromo, que le da un color blanco azulado constante a lo largo del tiempo y una resistencia a la abrasión por limpieza gracias a su dureza, lo que permite mantener el brillo de la pieza a lo largo del tiempo.
El níquel-cromo electrolítico tiene un coste reducido y un aspecto decorativo y brillante, no igualado en estética por otros tratamientos galvánicos. Puede carecer de una adherencia excelente en el metal base y, por ello, y también por su falta de uniformidad de espesor (típica de todos los tratamientos galvánicos) casi nunca se utiliza con fines funcionales en piezas de mecánica de precisión.
Espesor
El espesor del cromado decorativo suele ser de aproximadamente 10-15 µm. El niquelado electrolítico tiene un espesor de aproximadamente 10 µm y el cromado se deposita con espesores muy bajos, en promedio alrededor de la micra.
Resistencia a la corrosión
La capa de cromo, al ser microfisurada, no permite una buena resistencia a la corrosión del material base. Por ello, la capa de níquel electrolítico es de gran ayuda, ya que además de hacer que la pieza sea atractiva gracias al poder abrillantador y nivelador del recubrimiento, se encarga de proteger al metal base contra la corrosión.
NOTAS HISTÓRICAS E INTRODUCCIÓN AL NIQUELADO QUÍMICO
Ya hacia 1844 se describió una formación de metal de níquel a partir de una solución que contenía sales de níquel e hipofosfito. Sin embargo, hay que remontarse hasta los años de la posguerra para encontrar una definición de un proceso industrial para la deposición de aleación de níquel-fósforo a partir de soluciones con hipofosfito de sodio y sulfato o cloruro de níquel. El primer proceso industrialmente eficiente se patentó en 1955 con el nombre de Kanigen. Desde entonces, a pesar de que la composición de la solución de niquelado químico ha permanecido esencialmente la misma, los cambios continuos en la formulación de los baños de niquelado químico han hecho que el proceso sea cada vez más fiable, alcanzando niveles máximos de calidad y constancia de las características superficiales.
PROPIEDADES DEL NIQUELADO QUÍMICO
El niquelado químico es un proceso que deposita, en la superficie de la pieza a tratar, un recubrimiento a base de una aleación de níquel fósforo, sin el uso de corriente. Se distingue de los procesos electrolíticos precisamente por la ausencia de una fuente externa de energía, lo que permite recubrir uniformemente todas las superficies, incluso de piezas con geometría compleja. Las características superficiales conferidas por el niquelado químico son la uniformidad de espesor, la resistencia a la corrosión, la dureza y la resistencia al desgaste.
El níquel químico puede recubrir directamente todas las aleaciones metálicas de uso común en la mecánica (acero, acero inoxidable, aluminio, cobre, latón), excepto las aleaciones de zinc como la Zamak, que necesariamente deben ser recubiertas antes de proceder al niquelado.
Uniformidad de espesor
El baño de níquel químico comienza a depositar metal en el momento en que la pieza por recubrir se sumerge en la solución de niquelado, desencadenando una reacción química entre el anión hipofosfito y el catión de níquel. Su deposición se produce regularmente en todas las superficies de la pieza sumergida, con una velocidad constante que permite obtener un depósito uniforme de aleación de níquel-fósforo que varía su espesor entre un punto y otro de la pieza dentro del límite de ±10 % del espesor nominal requerido. Suponiendo un espesor de 20 µm, la variación de espesor entre un punto y otro de las piezas introducidas en el baño de niquelado químico será de ±2 µm en todas las superficies alcanzadas por la solución de niquelado y donde esta puede circular. Solo dentro de los orificios ciegos el recubrimiento es escaso o inexistente, ya que dichos orificios se ven afectados por la falta de recirculación del líquido de niquelado, especialmente cuando son pequeños y profundos.
La uniformidad de espesor es una característica única entre los distintos recubrimientos metálicos y permite establecer a priori un espesor adecuado para el tipo de uso de la pieza mecánica, calculando, en la fase de diseño de la misma, cuánto sobremetal se debe tener en cuenta para permanecer dentro de las tolerancias de las cotas finales con la pieza recubierta.
Resistencia a la corrosión
El niquelado químico tiene la enorme ventaja de proteger de manera uniforme todas las superficies que recubre. El grado de protección dado por el recubrimiento es ligeramente diferente entre los distintos tipos de níquel químico y, en cualquier caso, es superior al niquelado y al cromado galvánico con el mismo espesor. El grado de protección depende en gran medida de la aleación metálica base y del estado de acabado de la superficie.
Tomando como ejemplo el aluminio, la resistencia a la corrosión dependerá en gran medida de la aleación utilizada, del método de producción y del acabado superficial. Las piezas mecanizadas a partir del material en bruto tendrán sin duda una mejor resistencia a la corrosión que las piezas fundidas a presión con superficies que no han sido tratadas. El hierro fundido resistirá menos que el acero debido a su porosidad, y las superficies mecanizadas resistirán mejor que las superficies que quedan en bruto tras el trefilado.
Se pueden elegir espesores de recubrimiento más o menos elevados, para hacer frente a ambientes más o menos agresivos. El espesor suele estar entre 5 y 50 µm.
El NIPLATE® 500 es el más adecuado para proteger contra la corrosión las piezas de aleaciones de hierro y aleaciones de cobre, mientras que para el aluminio el más adecuado es el NIPLATE® eXtreme NIPLATE® eXtreme.
Dureza y resistencia al desgaste
Las aleaciones Ni-P, según el tipo de níquel químico depositado, tienen durezas que van desde unos 500 HV a 700 HV con una excelente resistencia al desgaste, proporcional a la dureza. Se pueden endurecer aún más mediante un tratamiento térmico, a temperaturas superiores a 250 °C y dentro del límite de los 400 °C, que modifica la estructura del recubrimiento metálico de aleación de Ni-P, creando agregados cristalinos de Ni₃P (fosfuro de níquel), que aumentan la dureza de la capa hasta más de 1000 HV, aumentando también en gran medida la resistencia al desgaste.
La dureza similar al cromado, junto con la uniformidad de espesor, hace que se prefiera el níquel químico en muchas aplicaciones, ya que permite evitar un procesamiento posterior de rectificado y los costes correspondientes.
Para las necesidades de resistencia al desgaste, el níquel químico más adecuado es el NIPLATE 600®, que tiene una dureza de aproximadamente 700 HV y se puede endurecer hasta 1000-1050 HV. Para muchas aplicaciones, la dureza de aproximadamente 700 HV satisface las necesidades de resistencia al desgaste y permite evitar la necesidad de alcanzar altas temperaturas, que para algunos materiales, como la aleación de aluminio 7000, pueden ser perjudiciales.
Así mismo, existe un tratamiento de niquelado químico NIPLATE 600® SiC con adición de partículas de carburo de silicio que alcanza durezas de 1150 HV y presenta una resistencia al desgaste superior incluso al cromo duro.
EN RESUMEN
CROMADO DURO
Ventajas:
- Elevada dureza, variable entre 800 y 1000 HV, dependiendo del proceso de deposición.
- Espesores de depósito también elevados, superiores a los 100 µm, para las aplicaciones más exigente de desgaste abrasivo.
- Resistencia al desgaste mayor que el Níquel químico endurecido (aunque inferior a la del codepósito de Níquel + Carburo de Silicio NIPLATE®600 SiC)
- Rentabilidad del tratamiento en S Vario, vástagos o rodillos, incluso de grandes dimensiones.
Desventajas:
- Poca penetración del depósito en los huecos con necesidad de utilizar ánodos especiales para remediar esta limitación.
- Necesidad de reelaboraciones de rectificado debido a la falta de uniformidad de la capa en espesores elevados.
- Resistencia a la corrosión discreta, no excelente.
- Limitaciones al uso del cromo hexavalente en los procesos industriales
CROMADO DECORATIVO
Ventajas:
- Rentabilidad del tratamiento.
- Aspecto brillante y nivelado para usos decorativos.
Desventajas:
- Espesores poco controlables y limitados a unas pocas micras.
- No es adecuado para su uso en funciones mecánicas.
- Poca resistencia a la corrosión para piezas de forma compleja.
NIQUELADO QUÍMICO
Ventajas:
- Uniformidad de espesor en toda la pieza recubierta con espesores calibrados y tolerancias estrechas.
- Excelente resistencia a la corrosión.
- Elevada dureza y resistencia al desgaste.
Desventajas:
- Coste del tratamiento no competitivo para fines decorativos.
- Dificultad para depositar espesores superiores a los 100 µm.
- Necesidad de tratamiento térmico para alcanzar las máximas durezas.