Métodos de Ajuste de Superficie

Hay variados métodos para proceder al ajuste de superficie. Se pueden clasificar en 4 grupos:

Vamos a describirlos, aunque sea brevemente.

 Métodos Manuales

En los tratamientos efectuados manualmente se pueden utilizar lijas (a seco o con agua) o masas (vehículo abrasivo con aceite o agua). Las lijas tienen como variables el tipo de abrasivo, la forma de las partículas abrasivas, su granulometría, y el material de soporte (papel normal o resistente al agua), o textiles tejidos o no tejido). Las masas son materiales abrasivos aglomerados más, por lo general, con aceite. La eficacia de estos métodos é muy reducida y relativamente imperfecta.

 

Métodos Mecanizados

En estos tipos de tratamientos se utilizan materiales abrasivos que se presentan en varias formas, em equipos rotativos adecuados (lijadoras y pulidoras de varios tipos, tambores giratorios, tambores vibradores, tambores con movimiento planetario, etc.).

Los materiales abrasivos pueden ser lijas, bajo la forma de discos, rollos o cintas rotativas o, aun, presentarse pajo varias formas geométricas (a tres dimensiones), de materiales abrasivos solidos o aglomerados, así como punteras abrasivas, discos, escobas, etc. (Figura 8).

Figura 8 – Varias formas de materiales abrasivos

 

Este tipo de tratamiento sigue, por lo regular, la secuencia:

En las superficies muy pulidas y brillantes (y esto se aplica, a todas las superficies obtenidas con todos los tipos de acabamientos superficiales), el nivel de brillo se puede especificar por medición de la luz reflectada bajo un determinado ángulo (ángulos más comunes: 20°, 45°, 60°, 75° y 85°); el ángulo a utilizar es función del tipo de material. Se utilizan, para cauchos y plásticos, ángulos de 20°, 60° y 85°; el más común es el ángulo de 60°. El nivel de brillo se presenta en unidades de brillo. El nivel de brillo no es más que la cantidad de luz reflectada bajo un determinado ángulo (Cuadro 13 y Figura 9).

 

Cuadro 13 – Grados de brillo
Brillo	Medición a
Poco brillo: <10 Unidades de brillo	85°
Brillo medio: 10 a 70 Unidades de brillo	60°
Mucho brillo: >70 Unidades de brillo	20°

 

Figura 9 – Grados de brillo

 
El tipo de acabado generado depende de diversos factores, a saber, el tipo de metal, la secuencia de tratamiento de la superficie, le la utilización o ausencia de lubricante, de los tipos de abrasivos utilizados, del tipo de equipamiento y de las condiciones operacionales (presión y velocidad, entre otras).

 

Métodos mecánicos

Proyección de materiales abrasivos

En este método, materiales abrasivos, que pueden ser de diversos tipos, se proyectan con ar comprimido (método seco) o por agua u otro fluido (método húmedo), bajo presión, sobre la superficie a preparar. Estos métodos originan superficies con características muy diversas.

La selección del tipo de abrasivo a utilizar y las condiciones de operación (en particular, de la presión del fluido, del ángulo de incidencia y de la distancia entre la boquilla de proyección y la superficie a tratar) dependen del tipo de metal a tratar, del tipo de superficie existente (en lo particular, de su rugosidad) y del tipo de superficie que se requiere.

En el Cuadro 14 se presentan varios tipos de materiales abrasivos de origen natural y sintética, utilizados en este tipo de tratamiento superficial. Se indican sus respectivas durezas en las escalas de Mohs y Knoop. En algunos materiales Rockwell C o Vickers.

 

Cuadro 14 – Materiales abrasivos
Abrasivo	Dureza
	Mohs	Knoop
Abrasivos naturales
Alumina	9	1600 – 2100
Arena	5 – 6	430 – 560
Carborundo (Carburo de silicio)	9.5	1600 – 2480
Cascara de nuez	3 – 3.5	169 – 239
Diamante	10	8000
Dióxido de circonio	8.5	1575 – 1600
Esmeril (Corindón, corundo)	7 – 9	800 -1800
Granada	7 – 8	1300 – 1360
Granito	7	700 – 800
Maíz (grano)	4,5	436
Piedra pómez	5 – 6	430 – 560
Cuarzo (SiO2)	7	700 – 820
Abrasivos sintéticos
Carburo de boro	9 – 10	2200 – 5100
Carburo de silicio	9	2000 – 3700
Diamante sintético	10	8000 – 10000
Escoria de alto horno o de fundición	7 – 8	1300 – 1350
Esferas de vidrio	5.5 – 7	705 – 929
Hierro fundido (trozos)	(56 Rockwell C)	650
Granalla de acero	(40 – 60 Rockwell C)	402 – 480
Granalla de aluminio	(90 – 120 Vickers)	102 – 133
Nitruro de boro	10	4700 – 10000
Oxido de aluminio	8 – 9	2000 – 2600
Trozos de cerámica	7 – 9	800 – 1800
Plástico	3 – 5	169 – 564
Polvo de vidrio	6	560

 

El tamaño de las partículas y su forma son otras variables que hay que considerar en la selección de los materiales abrasivos (ver Cuadro 15 y Figura 10).

Las partículas de materiales abrasivo están clasificadas en la norma ISO, que sigue la clasificación establecida por la FEPA – Federation of European Producers of Abrasives.

 

Cuadro 15 – Materiales abrasivos: tamaño de las partículas (grano)
Tipo de grano	Clasificación del grano	Designación del grano (ISO, FEPA(1))	Diámetro mediano de los granos, micrón (µm)
Macro grano	Super grueso	P12	1815
		P16	1324
		P20	1000
		P24	764
		P30	642
		P36	538
	Grueso	P40	425
		P50	336
	Mediano	P60	269
		P80	201
	Fino	P100	162
		P120	125
	Muy fino	P150	100
		P180	82
		P220	68
Micro grano	Muy fino	P240	58.5
		P280	52.2
		P320	46.2
		P360	40.5
	Extrafino	P400	58.5
		P500	30.2
		P600	25.8
	Super fino	P800	21.8
		P1000	18.3
	Ultrafino	P1200	15.3
		P1500	12.6
		P2000	10.3
		P2500	8.4
Nota (1): FEPA – Federation of European Producers of Abrasives

 

Figura 10 – Esfericidad, circularidad y eficiencia del abrasivo

 

Métodos químicos

Los varios tipos de tratamientos químicos son, por lo general, agrupados de la siguiente forma:

La generalidad de los tratamientos mejora la resistencia a la corrosión, además de mejorar las características de la superficie.

Decapado

El decapado es efectuado con una mezcla de ácido fluorhídrico y ácido nítrico (8% de ácido fluorhídrico y 25% de ácido nítrico). El tratamiento se lleva a cabo o en solución acuosa, con gel o con una masa. La acción de los ácidos remueve la impurezas e escamas originadas en operaciones de soldadura o en tratamientos térmicos.

Pasivación

Por lo general, la pasivación es efectuada con un ácido oxidante, así como el ácido nítrico; el tratamiento se puede realizar con solución acuosa, con gel o con una masa. La concentración del ácido es alrededor de los 50%; además del ácido nítrico, es común adicionar substancias oxidantes, como, por ejemplo, bicromato de sódio. Con este tratamiento, se remueven las impurezas de la superficie del metal (por lo general aceros).

Agentes quelantes

Los agentes quelantes promueven una limpieza selectiva de la superficie del metal. Como se sabe, los agentes quelantes son compuestos formados por un ion metálico ligado por varias ligaciones de naturaleza covalente, a una estructura heterocíclica de compuestos orgánicos, con grupos de ácidos carboxílicos (-COOH) como, por ejemplo, aminoácidos, péptidos o polisacáridos.

Se deben ajustar cuidadosamente la temperatura y el pH, para cada tipo de sustancia quelante y para cada tipo de ion metálico. Se trata de un método técnicamente más exigente; también por ser menos divulgado, el método es menos utilizado. Hay que validar su aplicabilidad caso a caso.

 

Método electroquímico

Es un método que se aplica al acero. La pieza metálica que hay que tratar, es inmersa en una mezcla acuosa de ácido fosfórico y ácido sulfúrico o ácido perclórico y es sometida a la acción de una corriente eléctrica continua con alta intensidad. Como variable del proceso tenemos la temperatura (el baño es precalentado antes de iniciar el proceso y se enfría al final). El tanque de tratamiento necesita agitación.

En resultado de esta acción, la superficie del acero es limpia y se queda más pulida, por remoción de metal. En el proceso se atacan preferentemente los picos existentes en la superficie y se atenúan las cavidades más profundas, redondeando de sus bordes. Este método proporciona superficies con más brillo y disminuye la rugosidad existente en aproximadamente 30%.

 

Método de Plasma Electrolítico

El método de plasma electrolítico (EP – Electrolytic Plasma) involucra fenómenos de electrólisis de un determinado tipo de electrolito, y de descarga eléctrica en la vecindad del material a tratar.

Este tecnología emergente puede ser utilizada, a saber, para la limpieza de moldes y también para la uniformización y protección de las superficies (por ejemplo, protección contra la corrosión), por la aplicación de recubrimientos metálicos, cerámicos o de materiales compuestos.

Cuando se utiliza este método con la finalidad principal de pulir la superficie metálica se designa pulimento por plasma electrolítico (EPP – Electrolitic Plasma Polishing). De estos procesos, por lo general patentados, se conocen algunos detalles como, por ejemplo:

Una variante de esta tecnología es la oxidación por plasma electrolítico (PEO – Plasma Electrolytic Oxidation), sobre todo aplicable a metales como el aluminio e el magnesio, que da origen a una camada de oxido de aluminio (en el caso del aluminio), la cual tiene una dureza elevada (1400 – 1700 Vickers), una elevada resistencia a la abrasión y a la corrosión y una elevada adherencia al sustrato de aluminio. Estas camadas de oxido presentan alguna porosidad por lo que, normalmente, reciben después una camada polimérica para obturación de los poros (muy frecuente se hace con teflón (PTFE – Politetrafluoroetileno).

Típicamente, el electrolito es constituido por una solución acuosa de fosfato de sodio, silicato de sodio, hidróxido de sodio y peróxido de hidrógeno. Se aplica una tensión anódica de 400 – 600 V, una tensión catódica de 100 – 200 V, debidamente ajustadas, por forma a mantener una densidad de corriente de 0,15 A/cm². Temperatura de 20 – 55 °C.

Por otro lado, los requerimientos pueden imponer determinado tipo de acabado superficial (mate, brillante, texturizado). De los puntos de vista: funcional, durabilidad del molde, facilidad de desmoldeo, prevención de oxidaciones o de formación de incrustaciones, se pueden efectuar en el molde, en toda su masa o solo en algunas de sus partes, tratamientos superficiales que pueden visar un aumento de su dureza superficial, aumento de resistencia al desgaste, aumento de su resistencia a la corrosión y una mejora considerable en la facilidad de desmoldeo de artefactos, en especial de las que tienen configuraciones más complejas.

En el Cuadro 16 se presentan algunos tipos de tratamientos superficiales, muchos de ellos aplicables en moldes de acero y de aluminio, otro exclusivamente aplicables en moldes de aluminio.