El óxido negro y el recubrimiento de fosfato son importantes tecnologías de la ciencia de los materiales que mejoran las propiedades de los metales. Los fabricantes aplican estas tecnologías para mejorar las propiedades químicas de los materiales.
Por ejemplo, la corrosión del metal es uno de los retos que afectan a los ingenieros de plantas y buques submarinos, especialmente los que operan en ambientes salinos. Los fabricantes utilizan estas tecnologías para desarrollar materiales resistentes a la corrosión útiles en el diseño de este tipo de máquinas.
Además, el atractivo estético en la industria manufacturera ha atraído un mayor número de aplicaciones de revestimiento de óxido negro y fosfato. Aunque las dos tecnologías tienen objetivos similares en la protección de materiales contra la corrosión, la tecnología que hay detrás de cada proceso es diferente. Además, los dos procesos tienen aplicaciones diferentes en los sectores industrial, aeroespacial y de fabricación de piezas.
Proceso de revestimiento con óxido negro
El revestimiento de óxido negro es un proceso de revestimiento por conversación que mejora la resistencia a la corrosión y el atractivo estético de materiales ferrosos como el hierro y el acero. El proceso convierte las superficies de los productos de hierro en magnetita. Esta conversación hace que la superficie de color negro oscuro mantenga las propiedades mecánicas de los materiales y las dimensiones.
El revestimiento de óxido negro es un proceso de varias etapas que incluye la limpieza del material, la aplicación del revestimiento, el aclarado y la después del tratamiento.
Limpieza
La limpieza es el paso inicial del revestimiento negro y determina la eficacia de la aplicación del material de revestimiento. Este paso elimina aceites y grasas, suciedad y polvo, óxido superficial, óxidos y escamas de las superficies del material. Esta contaminación puede actuar como barrera entre la solución alcalina y el metal. El óxido es común en los materiales ferrosos, y su limpieza ayuda a evitar la creación de huecos y puntos débiles en la superficie de revestimiento resultante.
Los fabricantes emplean distintos métodos para limpiar las superficies.
El primer método consiste en desengrasar los materiales. En esta técnica, los desengrasantes a base de disolventes como los disolventes de hidrocarburos disuelven y eliminan los contaminantes orgánicos, aceites y grasas de la superficie del material. El desengrasado se realiza en industrias como tanques de inmersión o vapor.
La segunda técnica de limpieza son las soluciones alcalinas. Las soluciones alcalinas como el hidróxido de potasio (KOH) y el hidróxido de sodio (NaOH) emulsionan los aceites, facilitando la limpieza.
Los operarios de limpieza de materiales también pueden utilizar el chorreado abrasivo para eliminar mecánicamente la suciedad de las superficies de los materiales. Este proceso es eficaz para eliminar cascarillas de laminación y óxidos. Algunas partículas abrasivas son el óxido de aluminio, la arena y las perlas de vidrio.
El decapado ácido es una técnica de limpieza eficaz, sobre todo para materiales con mucha oxidación y herrumbre. Sin embargo, en el caso de materiales sensibles, un decapado demasiado agresivo puede dañar la superficie. En tales casos, pueden ser preferibles métodos alternativos como la limpieza mecánica o química suave.
También ayuda a reducir la resistencia a la corrosión y a evitar un revestimiento inconsistente.
Aplicación
La aplicación consiste en sumergir el material metálico en una solución alcalina caliente con sales oxidantes. La aplicación se produce en un baño alcalino con soluciones alcalinas. El baño alcalino incluye hidróxido de sodio y sales oxidantes como nitrito de sodio (NaNO2) y nitrato sódico (NaNO3). Los operarios mantienen la temperatura del baño entre 1400C y 1600C para una reacción química efectiva.
Una reacción química entre el metal y la solución del baño da lugar a la formación de magnetita (Fe3O4). Este producto es un compuesto cristalino negro que cubre la superficie del metal.
La capa de magnetita es fina, de 0,5 a 2,5 micras. Aunque es muy fina, esta capa ofrece una gran resistencia al desgaste y la corrosión.
La eficacia del proceso de recubrimiento depende de varios factores. En primer lugar, el equilibrio de sales alcalinas y la concentración de sales oxidantes determinan la calidad de la magnetita. El tiempo de inmersión puede determinar el estado del revestimiento. Un tiempo de inmersión muy corto puede dejar el metal con un recubrimiento parcial. El tiempo de inmersión debe oscilar entre 5 y 30 minutos. Cuanto mayor sea el tiempo de inmersión, más grueso será el revestimiento negro.
Sin embargo, el recubrimiento negro se vuelve autolimitante. Este límite implica que un mayor tiempo de inmersión no garantiza un mayor recubrimiento. La regulación de la temperatura también determina las aplicaciones del óxido negro. Una temperatura demasiado baja puede provocar una conversión incompleta en magnetita. Por otro lado, las temperaturas demasiado altas pueden degradar la calidad de la capa.
Aclarado
El aclarado garantiza que el producto sea de alta calidad y duradero. El proceso de aclarado elimina los productos químicos residuales del baño alcalino. Un aclarado adecuado en el proceso de revestimiento negro elimina las imperfecciones de la superficie y el bajo rendimiento de la capa de óxido. Los operarios aplican distintos métodos para aclarar el material. El primero y más común es el aclarado por inmersión en agua. Consiste en sumergir las piezas en un baño de agua para disolver y lavar los productos químicos residuales. En un entorno industrial, el aclarado se realiza en varios tanques de aclarado, y cada paso de aclarado incluye agua más limpia.
Para las piezas delicadas y pequeñas, los fabricantes utilizan el lavado por pulverización. Chorros de agua rocían la cinta transportadora o la cesta con las piezas del material de las aplicaciones de óxido negro. Este proceso es más rápido que el aclarado por inmersión y garantiza una limpieza adecuada de todas las superficies, incluidas las grietas. Los fabricantes también utilizan el aclarado con agua desionizada, especialmente para las piezas que requieren las máximas medidas de calidad y resistencia a la corrosión.
Después del tratamiento
Este último paso mejora las propiedades del revestimiento y prolonga la vida útil del componente tratado. Más allá de las disposiciones básicas de la capa de óxido negro, los fabricantes aplican aceite y cera para añadir más beneficios al componente metálico. Los cuatro tipos de postratamiento incluyen el tratamiento con aceite, el tratamiento con cera, los sellantes acrílicos o poliméricos y los lubricantes de película seca. El aceite industrial ayuda a proporcionar lubricación, lo que da lugar a componentes resistentes a la corrosión y al desgaste. Este método consiste en sumergir el metal en una solución de aceite o pulverizar la solución sobre el metal. El aceite penetra en la capa de óxido negro, creando un sello protector. La elección del aceite depende del material bajo la capa de óxido y de la intensidad de la finalidad en la aplicación industrial.
Los fabricantes utilizan el revestimiento de cera por motivos estéticos. La cera permite obtener un acabado uniforme. Un metal se sumerge en el baño de cera fundida. A veces, la cera se pulveriza sobre la pieza, creando una superficie lisa. Los sellantes acrílicos o poliméricos son esenciales para proporcionar mayores niveles de protección. Este sellante crea una capa duradera y más resistente al desgaste y la corrosión. Este tipo de tratamiento es útil para piezas que funcionan en entornos extremos, como el pistón del motor.
Los lubricantes de película seca se aplican en piezas de alto rendimiento y precisión. Los operarios en entornos limpios prefieren este tipo de postratamiento porque no ensucian los aceites ni las ceras.
Al seleccionar el proceso de postratamiento, las consideraciones clave incluyen la exposición ambiental y la reaplicación. Por ejemplo, un tratamiento más fuerte con aceite es más adecuado para entornos muy húmedos. La cera o la película seca se adaptan mejor a aplicaciones estéticas y de interior. En algunos casos, puede ser necesaria la reaplicación del postratamiento, especialmente en piezas tratadas con aceite, para mejorar continuamente la lubricación. Por ejemplo, el postratamiento de piezas de motor requerirá la reaplicación de lubricantes de aceite después de algún tiempo.
Proceso de recubrimiento con fosfatos
El revestimiento de fosfato convierte las superficies metálicas en fosfatos insolubles para protegerlas. La superficie fosfatada resultante ofrece al metal propiedades de resistencia al desgaste y a la corrosión. El proceso de recubrimiento de fosfato incluye limpieza, activación, aplicación, aclarado y sellado.
Limpieza
El proceso de limpieza elimina los posibles contaminantes de la superficie metálica. Es similar al proceso de revestimiento con óxido negro. Los agentes de limpieza incluyen soluciones alcalinas, soluciones ácidas y agentes desengrasantes.
Activación
Tras la limpieza, los fabricantes exponen los metales a productos químicos específicos para mejorar la formación de cristales durante la aplicación del fosfato. El proceso crea varios puntos de nucleación para el crecimiento de los cristales de fosfato. Estos lugares de nucleación dan lugar a una estructura cristalina uniforme en la superficie del material. Durante la activación, los operarios aplican sales coloidales de titanio sobre la superficie limpia del metal, formando una fina capa. Esta capa cataliza las reacciones de fosfato que se producen en distintos puntos de la superficie metálica.
Aplicación de fosfatos
Durante este proceso, los operarios sumergen las piezas metálicas en ácido fosfórico caliente y otros productos químicos. Este proceso produce una reacción química entre el metal y el ácido fosfórico, formando una capa exterior cristalina. La capa resultante protege de la corrosión y mejora la adherencia de la pintura.
El proceso comienza sumergiendo una pieza limpia y activada en un baño caliente de ácido fosfórico. El baño incluye otros productos químicos como sales metálicas de hierro, zinc y manganeso. La temperatura del baño suele oscilar entre 60 °C y 90 °C para los revestimientos de fosfato de zinc, mientras que los revestimientos de fosfato de manganeso pueden requerir temperaturas más altas, a menudo entre 90 °C y 98 °C, dependiendo de la aplicación específica.
En consecuencia, una superficie de fosfato metálico se vuelve insoluble en agua y se une fuertemente al metal. Dependiendo de las sales metálicas, se forman diferentes capas cristalinas a partir de este proceso. Algunos fosfatos son el fosfato de zinc, el fosfato de hierro y el fosfato de manganeso. Por ejemplo, la siguiente reacción puede dar lugar a fosfato de zinc.
Aclarado
El proceso de aclarado ayuda a eliminar el exceso de productos químicos, incluidas las sales metálicas que no han reaccionado. El aclarado es esencial para evitar la contaminación de la superficie y prevenir la corrosión. En algunos casos, el sellado es necesario después del aclarado para mejorar la durabilidad del recubrimiento de fosfato. Las posibles técnicas de sellado incluyen el sellado con aceite, el sellado con cromato, los selladores orgánicos y los selladores de cera.
Comparación entre el revestimiento de óxido negro y el revestimiento de fosfato
| Aspecto | Revestimiento de óxido negro | Revestimiento de fosfato |
| Composición | Se forma una capa de óxido de hierro (Fe3O4) en la superficie del metal | Capa de fosfato de zinc, manganeso o hierro |
| Objetivo principal | Acabado estético, resistencia a la corrosión leve, lubricidad | Protección contra la corrosión, base para pintura u otros revestimientos |
| Resistencia a la corrosión | Ligera resistencia a la corrosión (necesita aceite o sellador para su protección) | Resistencia a la corrosión de moderada a alta según el tipo (el zinc ofrece mejor protección) |
| Acabado superficial | Acabado negro o azul oscuro, liso y brillante | Acabado mate o satinado, textura más rugosa |
| Espesor | Capa fina (0,0002 a 0,0006 pulgadas) | Capa más gruesa (de 0,0002 a 0,002 pulgadas según el tipo) |
| Resistencia al desgaste | Moderado, a menudo reforzado con aceites o ceras adicionales | Buena resistencia al desgaste, especialmente con fosfato de manganeso |
| Resistencia a la temperatura | Buena estabilidad térmica, normalmente soporta hasta 500°C | Menor resistencia al calor, sensible a las altas temperaturas |
| Propiedades de adherencia | Excelente adherencia a la pintura o al óleo | Excelente base para pintura y revestimientos posteriores |
| Métodos de aplicación | Un baño químico o una solución alcalina caliente | Inmersión en una solución de fosfato (inmersión) |
| Coste | Coste generalmente inferior al recubrimiento de fosfato | Mayor coste debido al mayor grosor de las capas y a la complejidad del proceso |
| Lubricidad | Proporciona lubricidad cuando se combina con aceites o ceras | Buena lubricidad, especialmente con fosfato de manganeso |
| Impacto medioambiental | Menos respetuoso con el medio ambiente, puede implicar productos químicos peligrosos | Es menos peligroso que el óxido negro pero requiere un tratamiento del agua para los residuos |
| Aplicaciones comunes | Herramientas, armas de fuego, piezas de maquinaria, elementos de fijación | Componentes de automoción, maquinaria industrial, piezas para pintura |
| Materiales de base | Principalmente metales ferrosos (acero, hierro) | Metales ferrosos y no ferrosos, incluidos el aluminio y el zinc |
Aplicaciones industriales
Tanto el óxido negro como el recubrimiento de fosfato son necesarios en el ámbito industrial para mejorar la resistencia de la superficie metálica.
Usos comunes del revestimiento de óxido negro
El revestimiento de óxido negro mejora el aspecto estético del producto final y la resistencia a la corrosión. Diferentes industrias, como los fabricantes de bloques de motor, utilizan la tecnología del óxido negro para fabricar piezas que requieren altos niveles de lubricidad y una corrosión leve.
Por ejemplo, la fabricación de elementos de fijación como tornillos, pernos y tuercas requiere un recubrimiento fino para el revestimiento de resistencia. Los sectores automovilístico y aeroespacial utilizan esta tecnología para producir piezas recubiertas de óxido negro. La fabricación de armas de fuego también utiliza el óxido negro porque evita la oxidación.
A veces, los riffles permanecen más tiempo sin usarse, lo que requiere medidas de protección contra la oxidación. Las herramientas de corte también necesitan un recubrimiento de óxido negro para minimizar el desgaste durante el funcionamiento. La tecnología de revestimiento negro también es necesaria para aplicaciones estéticas en la fabricación de componentes electrónicos, lo que atrae un alto poder adquisitivo.
Aplicaciones comunes del recubrimiento de fosfato
Los distintos fosfatos tienen diferentes aplicaciones industriales. Por ejemplo, en automoción, los fosfatos de zinc ayudan a recubrir los componentes del motor, los bastidores y los paneles de la carrocería.
Los militares utilizan el fosfato de manganeso para proteger equipos y herrajes como blindajes y componentes de vehículos. Estos componentes ofrecen una gran capacidad de resistencia y son resistentes a la corrosión. El recubrimiento de fosfato de manganeso ayuda a fabricar maquinaria como engranajes, cojinetes y árboles de levas en aplicaciones industriales. Estos revestimientos reducen la fricción, evitan el desgaste y retienen los lubricantes en condiciones de gran tensión.
Los fabricantes también utilizan el recubrimiento de fosfato para fabricar electrodomésticos como frigoríficos, lavadoras y secadoras para que la pintura se adhiera mejor. Además, el recubrimiento de fosfato de estos electrodomésticos proporciona una gran resistencia, haciendo que los productos duren más.
Conclusión
El revestimiento de óxido negro y fosfato son importantes tecnologías de la ciencia de materiales que mejoran las propiedades de los metales. El revestimiento de óxido negro es un proceso de revestimiento por conversación que mejora la resistencia a la corrosión y el atractivo estético de materiales ferrosos como el hierro y el acero. El revestimiento de óxido negro es un proceso de varias fases que incluye la limpieza del material, la aplicación del revestimiento, el aclarado y el tratamiento posterior.
El revestimiento de fosfato convierte las superficies metálicas en fosfatos insolubles para protegerlas. El proceso de recubrimiento de fosfato incluye limpieza, activación, aplicación, aclarado y sellado.
Diferentes industrias, como los fabricantes de bloques de motor(check fabricación de piezas de motor caso), utilizan la tecnología del óxido negro para fabricar piezas que requieren altos niveles de lubricidad y una corrosión suave. Los distintos fosfatos tienen diversas aplicaciones industriales. Por ejemplo, en automoción, los fosfatos de zinc ayudan a recubrir los componentes del motor, los bastidores y los paneles de la carrocería. Los distintos fosfatos tienen diferentes aplicaciones industriales. Por ejemplo, en automoción, los fosfatos de zinc ayudan a recubrir componentes del motor, bastidores y paneles de la carrocería.
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