Metalizado Explicado: Tipos, Beneficios y Aplicaciones

¿Qué es el Metalizado?

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

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

La deposición de película delgada ha plateado objetos tan pequeños como un átomo, por lo que 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 aplican calor y presión para fusionarlos. Otras técnicas de plateado incluyen electroplateado, deposición de vapor bajo vacío y deposición por sputtering. Recientemente, el plateado a menudo se refiere a usar 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 principalmente a través de electroplateado, que requiere una corriente eléctrica, o a través de plateado sin corriente, que es un proceso químico autocatalítico. Estas técnicas, así como algunas otras, resultan en uno o varios de los siguientes beneficios:

• Mejor resistencia a la corrosión
• Atractivo decorativo
• Mayor soldabilidad
• Dureza mejorada
• Fricción reducida
• Conductividad alterada
• Adherencia de pintura mejorada
• Deposición de material
• Magnetismo aumentado

Tipos de Metalizado

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

• Electroplateado
• Plateado sin Corriente (Electroless Plating)
• Plateado por Inmersión
• Carbonitruración (Carburizing)
• Deposición Física de Vapor (PVD)
• Recubrimiento por Pulverización de Plasma

1. Electroplateado

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

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

Hay una serie de diferentes pasos y procesos que pueden involucrarse en el electroplateado, incluyendo limpieza, ataque, deposición electroquímica, electroplateado por pulsos y electroplateado con cepillo.

Efectos:

El electroplateado se usa para proporcionar un recubrimiento protector, una apariencia decorativa o para cambiar las propiedades de un material para ingeniería. El electroplateado mejora las propiedades químicas, físicas y mecánicas de la pieza de trabajo lo que afecta la forma en que se comporta cuando se mecaniza.

Platear la pieza de trabajo 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 de plateado que no usa energía eléctrica externa. El plateado sin corriente involucra una reacción química que induce la reducción de átomos de metal.

En otras palabras, la solución de iones de metal (partículas) cuando se mezcla con un agente reductor se convierte en un 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 o sin corriente 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 placas gruesas y es más difícil de controlar que el electroplateado.

El método más común de plateado autocatalítico es el plateado sin corriente de níquel. Sin embargo, el 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 la corrosión, aumentar el tamaño de la pieza de trabajo, y alterar soldabilidad, reflectividad y conductividad.

3. Plateado por Inmersión

El plateado por inmersión implica sumergir un metal en una solución de iones de metal de un metal más noble. Los iones del metal más noble son más estables, y así hay una 'atracción' natural para desplazar los iones de metal superficial 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 metales 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 de plateado se detendrá. El plateado por inmersión también parece ser de calidad de adhesión más pobre, donde el plateado no 'se adhiere' tan firmemente al metal base.

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

4. Carbonitruración (Carburizing)

También conocido como endurecimiento de caja, la carbonitruración es un proceso de tratamiento térmico que produce una superficie resistente al desgaste mientras mantiene la resistencia del núcleo. Generalmente se aplica a acero de bajo carbono después del mecanizado, así como engranajes de alta aleación, cojinetes, etc.

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

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

5. Deposición Física de Vapor (PVD)

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

Durante el proceso, se introduce un gas reactivo como nitrógeno, formando un compuesto con el vapor de metal 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 de metal.

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

Ideal para una amplia gama de aplicaciones:

• Aeroespacial
• Automotriz
• Herramientas de Corte
• Médico
• Armas de Fuego
• Óptica
• Películas delgadas como tinte de ventanas, envases 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 de plateado, 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 de calor), se calienta rápidamente y luego se 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 un material económico que se usa para proporcionar un recubrimiento galvanizado en muchos sustratos metálicos. Además de ser electroplateado, el elemento se aplica mediante el 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 un baño electrolítico de sales de zinc solubles junto con un 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 pequeños artículos de ferretería como tornillos y clavos. Los artículos se cargan en un barril junto con polvo de zinc y se calientan a aproximadamente 500 °F. Las piezas se tumban en el barril produciendo un recubrimiento que es aproximadamente 90% zinc y 10% hierro.

El zinc fundido también puede aplicarse por inmersión o por recubrimiento manual de artículos más grandes. A veces se agrega una pequeña cantidad de aluminio al baño para mejorar la fluidez y mejorar el recubrimiento de formas extrañas.

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

La pulverización de metal, o metalizado, usa una llama para fundir polvos o alambre de metal e impactarlos sobre una superficie de sustrato, produciendo un enlace mecánico entre el recubrimiento y el metal base. La superficie del metal base necesita ser algo rugosa para que el enlace mecánico tenga lugar, pero recubrimientos bastante gruesos pueden aplicarse de esta manera.

Los recubrimientos pueden ser porosos también, pero como el zinc es anódico al hierro y acero, esto no afecta la capacidad del recubrimiento para defender contra la 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 misceláneos. Los fabricantes de aeronaves lo especificaban por sus características de protección sacrificial y su lubricidad natural para componentes que se removían y reinstalaban frecuentemente.

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

Plateado de Cromo

El plateado de cromo a menudo sirve solo un propósito decorativo pero también fomenta mayor resistencia a la corrosión y dureza, haciéndolo útil para aplicaciones industriales donde el desgaste es una preocupación. Aquí se le llama plateado de cromo duro, y a veces se usa para restaurar tolerancias en piezas desgastadas.

El cromo se platea más a menudo sobre níquel en la producción de muebles de acero, molduras automotrices, etc. El níquel en sí usualmente se platea sobre cobre, y la combinación de estas tres capas de elementos solo protege el metal subyacente de la 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 el uso de un ácido crómico conocido como cromo hexavalente. Baños de cromo trivalente, que consisten principalmente 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 de puertas, cubiertos y accesorios de ducha para decoración mejorada y resistencia al desgaste.

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

En plateado sin corriente, se usa una aleación de 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 la corrosión. Niveles más bajos de fósforo permiten mayor soldabilidad y magnetismo.

Plateado de Cobre

El cobre es otro metal de plateado popular para aplicaciones que requieren alta conductividad y rentabilidad. El plateado de cobre a menudo sirve como recubrimiento de ataque para pretratamiento para plateados metálicos subsiguientes, como se discutió arriba.

También es un metal de plateado 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 alcalinos a ciertos peligros de salud, por lo que es importante monitorear estos niveles.

Plateado de Oro

El oro es apreciado por su alta resistencia a la oxidación y conductividad eléctrica. El plateado de oro, que difiere del dorado en que el oro no es una 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 la conductividad de partes electrónicas como conectores eléctricos.

Al platear cobre con oro, el deslustre es un problema y se resuelve más fácilmente precediendo la deposición con un ataque de níquel. También considera la dureza y pureza del oro al determinar factores como mezcla de baño óptima y longitud 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 una solución de plateado más rentable 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 sometidas 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 envasado de alimentos y bebidas. Además de proporcionar resistencia a la corrosión, el estaño es no tóxico y proporciona un recubrimiento que ayuda al acero a formarse fácilmente (por virtud de la lubricidad que el estaño proporciona) y suelda y solda fácilmente.

Un proceso de pasivación recubre la placa de estaño con aceite de grado alimenticio, lo que también mejora la adhesión de lacas. Las láminas de plateado de estaño pueden especificarse con diferentes espesores de estaño en cada cara para adaptar mejor las necesidades de las superficies interior y exterior del contenedor a sus entornos.

La placa de estaño se usa en otras aplicaciones de envasado también, desde latas de pintura hasta latas de grasa. La placa de estaño se fabrica casi invariablemente usando el proceso de inmersión en caliente. El plateado de estaño también se usa en la fabricación de componentes electrónicos.

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

Hoy, el plomo ha sido eliminado y el estaño se aplica sobre acero inoxidable para crear techos resistentes a la corrosión que desarrollan una 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 una apariencia blanca brillante y lustrosa. El plateado de rodio también es común en producción de joyería, especialmente en situaciones donde el oro blanco requiere plateado. Plata, platino y cobre también son metales base populares para plateado de rodio.

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