Metalizado (Metal Plating) Explicado: Tipos, Beneficios y Aplicaciones

¿Qué es el Metalizado?

El metalizado (metal plating) es una capa delgada de metal que se ha añadido al exterior de un material. Es un proceso de recubrimiento superficial por el cual un metal se deposita en una superficie conductora. El plateado se ha hecho por cientos de años; también es crítico para tecnología moderna.

El plateado se usa para decorar objetos, para inhibición de corrosión, para mejorar soldabilidad, para endurecer, para mejorar resistencia al desgaste, para reducir fricción, para mejorar adhesión de pintura, para alterar conductividad, para mejorar reflectividad IR, para blindaje de radiación, y otros propósitos. La joyería típicamente usa plateado para dar acabado de plata u oro.

La deposición de película delgada ha plateado objetos tan pequeños como un átomo, por tanto el plateado encuentra usos en nanotecnología.

Hay varios métodos de plateado y muchas variaciones. En un método, una superficie sólida se cubre con una lámina de metal, y luego se aplica calor y presión para fusionarlas. Otras técnicas incluyen electroplateado, deposición de vapor bajo vacío, y deposición por sputtering. Recientemente, plateado a menudo se refiere a uso de líquidos. Metalizado se refiere a recubrir metal en objetos no metálicos.

Beneficios del Metalizado

El metalizado proporciona muchos beneficios a productos hechos de metal y otros materiales. Esto se logra mayormente a través de electroplateado, que requiere corriente eléctrica, o plateado sin corriente (electroless), que es un proceso químico autocatalítico. Estas técnicas, así como otras, resultan en uno o varios de los siguientes beneficios:

• Mejor resistencia a corrosión
• Apariencia decorativa
• Mayor soldabilidad
• Dureza mejorada
• Fricción reducida
• Conductividad alterada
• Adhesión de pintura mejorada
• Deposición de material
• Magnetismo aumentado

Tipos de Metalizado

Hay muchos tipos diferentes de metalizado como se describe a continuación:

1. Electroplateado (Electroplating)
2. Plateado Sin Corriente (Electroless Plating)
3. Plateado por Inmersión (Immersion Plating)
4. Cementación / Carburizado (Carburizing)
5. Deposición Física de Vapor (Physical Vapor Deposition - PVD)
6. Recubrimiento por Pulverización de Plasma (Plasma Spray Coating)

1. Electroplateado

El electroplateado es el método más común de plateado. Usa corriente eléctrica para disolver partículas de metal cargadas positivamente (iones) en una solución química. Los iones metálicos positivos son atraídos al material a platear, que es el lado negativo del circuito.

La pieza o producto a platear se coloca en esta solución, y las partículas de metal disuelto son atraídas a la superficie del material. El electroplateado resulta en un recubrimiento liso, uniforme y rápido para el material plateado, cambiando efectivamente la superficie del material.

Hay varios pasos y procesos que pueden involucrarse en electroplateado, incluyendo limpieza, ataque (striking), deposición electroquímica, electroplateado por pulsos, y electroplateado con cepillo.

Efectos:

El electroplateado se usa para proporcionar recubrimiento protector, apariencia decorativa, o cambiar propiedades de un material para ingeniería. Mejora las propiedades químicas, físicas y mecánicas de la pieza lo que afecta su desempeño al mecanizar.

Platear la pieza puede usarse para construirla desde un tamaño menor, hacerla más fácil de mecanizar, y aumentar soldabilidad, conductividad o reflectividad.

2. Plateado Sin Corriente (Electroless Plating)

El plateado sin corriente se llama así porque es un método que no usa energía eléctrica externa. Involucra una reacción química que induce reducción de átomos de metal.

En otras palabras, la solución de iones metálicos (partículas) cuando se mezcla con un agente reductor se convierte en metal sólido cuando entran en contacto con el metal catalizador (que desencadena la reacción). Esto resulta en el metal plateado con una capa sólida del metal de plateado.

Efectos

El plateado autocatalítico es adecuado para diversos tamaños y formas de materiales y no requiere electricidad externa ni baños de plateado, lo que reduce costos. Sin embargo, el plateado sin corriente es más lento, no puede crear capas gruesas, y es más difícil de controlar que el electroplateado.

El método más común de plateado autocatalítico es plateado de níquel sin corriente. Sin embargo, plateado en plata, oro y cobre también puede aplicarse con esta técnica.

Efectos del plateado sin corriente en el producto final incluyen proteger el metal base de corrosión, aumentar el tamaño de la pieza, y alterar soldabilidad, reflectividad y conductividad.

3. Plateado por Inmersión

El plateado por inmersión involucra sumergir un metal en una solución de iones de un metal más noble. Los iones del metal más noble son más estables, y hay una 'atracción' natural para desplazar los iones de superficie del metal menos noble con una capa delgada de iones del metal más noble.

El plateado por inmersión es un proceso más lento, y solo puede usarse para platear metales menos nobles con metales más nobles. Los metales nobles son químicamente inertes. Por ejemplo, oro, platino o plata.

Efectos

El plateado por inmersión resulta en solo una cobertura delgada de plateado, después de lo cual el proceso se detiene. También parece tener menor calidad de adhesión, donde el plateado no 'se pega' tan firmemente al metal base.

Los efectos en el producto final incluyen mejor resistencia a corrosión, conductividad eléctrica alterada, apariencia cambiada, mayor dureza, tolerancia al par, y capacidades de unión modificadas.

4. Cementación / Carburizado

También conocido como endurecimiento de caja (case hardening), el carburizado es un proceso de tratamiento térmico que produce una superficie resistente al desgaste manteniendo la resistencia del núcleo. Usualmente aplicado a acero bajo en carbono después de mecanizar, así como engranajes de alta aleación, cojinetes, etc.

El carburizado es adecuado para formas complejas de materiales de menor costo que pueden mecanizarse fácilmente para dar una superficie muy dura. El proceso involucra calentar la pieza en un horno de pozo o de atmósfera sellada.

Luego se introducen gases de carburizado (usualmente monóxido de carbono pero también cianuro de sodio y carbonato de bario) a temperatura, con el calor y temperatura afectando la profundidad de difusión de carbono. La pieza se enfría lentamente para temple posterior o se templa directamente en aceite.

5. Deposición Física de Vapor (PVD)

PVD es una familia de procesos de recubrimiento en los que películas delgadas se depositan en el sustrato. En el proceso, material de recubrimiento sólido como titanio, cromo o aluminio se evapora por calor o bombardeo con iones.

Durante el proceso, un gas reactivo como nitrógeno se introduce, formando un compuesto con el vapor metálico y depositando en la superficie del metal como un recubrimiento muy delgado. Esto resulta en un enlace extremadamente fuerte entre el recubrimiento y la pieza metálica.

Algunas ventajas de PVD son: superficie muy dura y resistente a corrosión, resistencia a alta temperatura, y buena resistencia al impacto.

Ideal para amplia gama de aplicaciones:

• Aeroespacial
• Automotriz
• Herramientas de Corte
• Médico
• Armas
• Óptica
• Películas delgadas como tinte de ventanas, empaques de alimentos

6. Recubrimiento por Pulverización de Plasma

El recubrimiento por pulverización de plasma es uno de los tipos menos conocidos de metalizado. En este proceso, también conocido como pulverización térmica, material fundido o ablandado por calor se pulveriza sobre una superficie para proporcionar el recubrimiento.

El material de recubrimiento se inyecta en una llama de plasma de muy alta temperatura (hasta 10,000 K), se calienta rápidamente y luego acelera a alta velocidad sobre la superficie de la pieza y se enfría rápidamente para formar un recubrimiento en la superficie de la pieza.

El proceso produce un recubrimiento, usualmente en materiales estructurales, para proporcionar protección contra temperaturas muy altas, por ejemplo en gestión de calor de escape. También proporciona resistencia a corrosión y desgaste. El recubrimiento también puede cambiar la apariencia y propiedades eléctricas de la pieza.

Metales Usados en Plateado

Plateado de Zinc

El zinc es material económico usado para proporcionar recubrimiento galvanizado en muchos sustratos metálicos. Además de electroplateado, el elemento se aplica vía proceso Sherardizing, por inmersión en baño fundido, y por pulverización.

En el proceso electrolítico o en frío, el artículo a platear se configura como cátodo en baño electrolítico de sales de zinc solubles junto con ánodo de zinc metálico. El proceso produce un recubrimiento altamente dúctil de zinc puro cuyo espesor y uniformidad pueden controlarse precisamente.

El proceso Sherardizing se usa para recubrir artículos pequeños de ferretería como tornillos y clavos. Los artículos se cargan en un barril junto con polvo de zinc y se calientan a aproximadamente 260 °C (500 °F). Las piezas se tumbean en el barril produciendo recubrimiento de aproximadamente 90% zinc y 10% hierro.

Zinc fundido también puede aplicarse por inmersión o recubrimiento manual de artículos mayores. A veces se añade pequeña cantidad de aluminio al baño para mejorar fluidez y recubrimiento de formas extrañas.

Asimismo, pequeño porcentaje de estaño en el baño ayuda a lograr recubrimiento uniforme del sustrato y acabado mejorado. El proceso de inmersión en caliente produce capa de aleación zinc-hierro adyacente al metal base que puede ser algo frágil y afectar adhesión de capas externas.

La pulverización de metal, o metalizado, usa llama para fundir polvos o alambre metálico e impingirlos sobre superficie de sustrato, produciendo enlace mecánico entre recubrimiento y metal base. La superficie del metal base necesita ser algo rugosa para que el enlace mecánico ocurra pero recubrimientos bastante gruesos pueden aplicarse así.

Los recubrimientos pueden ser porosos, pero como el zinc es anódico al hierro y acero, esto no afecta la capacidad del recubrimiento para defender contra corrosión. La naturaleza porosa del metal pulverizado también lo hace bueno para retener pintura.

Plateado de Cadmio

El plateado de cadmio fue en un tiempo usado como sustituto del zinc y a menudo plateado en artículos automotrices varios. Fabricantes de aeronaves lo especificaban por sus características de protección sacrificial y lubricidad natural para componentes que se remueven y reinstalan frecuentemente.

Era particularmente adecuado para ambientes marinos donde aguanta bien contra agua dulce y salada. Debido a preocupaciones de seguridad, su uso como material de plateado ha disminuido con los años aunque aún está disponible. Muchos fabricantes aeroespaciales han recurrido a plateado de aleación zinc-níquel.

Plateado de Cromo

El plateado de cromo a menudo sirve propósito meramente decorativo pero también fomenta mayor resistencia a corrosión y dureza, útil para aplicaciones industriales donde el desgaste es preocupación. Aquí se refiere como plateado de cromo duro (hard chrome), y a veces se usa para restaurar tolerancias en piezas desgastadas.

El cromo se platea más a menudo sobre níquel en producción de muebles de acero, molduras automotrices, etc. El níquel usualmente se platea sobre cobre, y la combinación de estas tres capas solo protege el metal subyacente de corrosión excluyendo aire y humedad; es decir, no hay acción anódica. Así, el plateado debe aplicarse correctamente para lograr protección contra corrosión adecuada.

El plateado de cromo es un proceso de electroplateado que más a menudo involucra uso de ácido crómico conocido como cromo hexavalente. Baños de cromo trivalente, que consisten mayormente en sulfato de cromo o cloruro de cromo, son otra opción para propósitos industriales.

El cromato a veces se aplica sobre plateado de zinc para proteger el zinc y, en algunos casos, cambiar el color del metal, como por ejemplo plateado de zinc verde o negro.

Plateado de Níquel

El níquel es un metal de plateado popular, especialmente porque es útil en plateado sin corriente. El plateado de níquel a menudo recubre productos domésticos como pomos, cubiertos y accesorios de ducha para decoración mejorada y resistencia al desgaste.

Los plateados de níquel comúnmente se unen con cobre y aluminio, pero también funcionan en amplia variedad de metales y sirven como plateados subyacentes para cromo.

En plateado sin corriente, se usa aleación níquel-fósforo. El porcentaje de fósforo en la solución puede variar entre 2 y 14%. Niveles más altos de fósforo mejoran dureza y resistencia a corrosión. Niveles más bajos permiten mayor soldabilidad y magnetismo.

Plateado de Cobre

El cobre es otro metal de plateado popular para aplicaciones que requieren alta conductividad y costo-eficiencia. El plateado de cobre a menudo sirve como recubrimiento de ataque (strike coating) para plateados metálicos subsecuentes.

También es popular para componentes electrónicos como placas de circuito impreso. Alta eficiencia de plateado y bajo costo de material hacen del cobre uno de los metales menos costosos para platear.

Hay tres tipos de procesos de plateado de cobre: alcalino, ligeramente alcalino y ácido. Niveles alcalinos más altos entregan poder de lanzamiento superior pero requieren densidades de corriente más bajas y precauciones de seguridad mejoradas. Inspectores de salud han vinculado cianuro en baños de cobre alcalino a ciertos riesgos, así que es importante monitorear estos niveles.

Plateado de Oro

El oro es apreciado por su alta resistencia a oxidación y conductividad eléctrica. El plateado de oro, que difiere del dorado (gilding) en que el oro no es lámina, es una de las formas más simples de impartir estas características en metales como cobre y plata. El proceso a menudo se usa para decoración de joyería y para mejorar conductividad de partes electrónicas como conectores eléctricos.

Al platear cobre con oro, el deslustre es un problema y puede resolverse más fácilmente precediendo la deposición con un ataque de níquel. También considera la dureza y pureza del oro al determinar factores como mezcla óptima de baño y tiempo de inmersión.

Plateado de Plata

Como el oro, la plata se usa en aplicaciones de plateado que requieren atractivo decorativo y conductividad eléctrica mejorada. En general, la plata sirve como solución de plateado más costo-efectiva porque es más barata que el oro y platea bien el cobre.

Problemas que pueden limitar el plateado de plata como solución viable incluyen humedad y corrosión galvánica. Específicamente, el plateado de plata no funciona bien para aplicaciones sujetas a alta humedad porque la plata es propensa a agrietarse y descascararse, lo que eventualmente puede exponer el sustrato base.

Plateado de Estaño

El acero plateado con estaño se ha usado largo tiempo para empaque de alimentos y bebidas. Además de proporcionar resistencia a corrosión, el estaño es no tóxico y proporciona recubrimiento que ayuda al acero a formarse fácilmente (por la lubricidad que proporciona) y suelda y solda fácilmente.

Un proceso de pasivación recubre la lámina de estaño con aceite grado alimenticio, que también mejora adhesión de lacas. Láminas de estaño pueden especificarse con diferentes espesores en cada cara para adaptar mejor las superficies interior y exterior del contenedor a sus ambientes.

El plateado de estaño se usa en otras aplicaciones de empaque, desde latas de pintura a latas de grasa. Casi invariablemente se manufactura usando proceso de inmersión en caliente. El plateado de estaño también se usa en fabricación de componentes electrónicos.

Otro plateado basado en estaño, conocido como terneplate (terne), tradicionalmente usaba aleación estaño-plomo como inhibidor de corrosión sobre acero. Pintado, el metal podía durar 90 años si se mantenía regularmente, ideal para techos de estaño.

Hoy, el plomo se ha eliminado y el estaño se aplica sobre acero inoxidable para crear techos resistentes a corrosión que desarrollan pátina suavizada. El material puede durar el doble que techos de cobre.

Plateado de Rodio

El rodio es un tipo de platino que proporciona resistencia al deslustre, resistencia a rayones y apariencia blanca brillante lustrosa. El plateado de rodio también es común en producción de joyería, especialmente donde el oro blanco requiere plateado. Plata, platino y cobre también son metales base populares para plateado de rodio.

Un inconveniente del plateado de rodio es que la barrera protectora eventualmente se desgastará en aplicaciones sujetas a altos niveles de desgaste. Esto puede eventualmente llevar a decoloración, y probablemente requerirá una segunda ronda de plateado después de unos años.