Nanotecnología aplicada al tratamiento de superficies

Juan Antonio Barrios Vidal »

El avance de las sociedades modernas demanda cada vez más materiales con una serie de valores añadidos sobre los tradicionalmente ya conocidos. En este sentido, con el avance de una nueva rama de la tecnología, la Nanotecnología, y en combinación con el tratamiento de superficie de los materiales, produce unos nuevos tipos de materiales con múltiples usos nuevos y de un alto valor añadido.

Estos avances consiguen que materiales con un acabado simple, pasen a tener mejores capacidades de brillo, o mejores capacidades anticorrosivas, mejores capacidades auto lubricantes, más resistencia a la abrasión, mejor anclaje de pintura, etc.

La nanotecnología y el tratamiento de superficies son dos disciplinas que se están imponiendo en la industria y los resultados están disponibles para el gran público desde hace relativamente poco tiempo.

La nanotecnología es el estudio y desarrollo de sistemas físicos y químicos a escala nanométrica, es decir a nivel atómico. Por otro lado el tratamiento de superficies consiste en modificar a voluntad las características superficiales iniciales en un metal, plástico o vidrio. Las modificaciones pueden ser; aumentar la dureza o desgaste del material, disminuir el coeficiente de fricción, aumentar la resistencia a la corrosión, controlar rugosidades, aumentar brillo o color, etc. La combinación de ambas técnicas ha logrado nuevos usos de materiales.

Veamos dos ejemplos de lo anterior expuesto.

Tratamiento superficial en metales expuestos a fricción externa

Útiles de mecanizado, engranajes, rodamientos, etc, son herramientas sometidas a muy intensas fricciones en su desempeño habitual. Entre los tratamientos nanométricos que se utilizan para mejorar su superficie frente al desgaste, el más conocido es el bombardeo de iones un una cámara de alto vacío creando capas nanométricas de metal extraduro.

Las condiciones pueden ser modificadas a voluntad en función de lo que queramos realizar. Los materiales que se suelen utilizar son carburos y nitruros de metales de transición, esto es; TiN, TiCN, ZrN y aleaciones de aluminios, AlTiN, AlCrN.

La dureza de los metales aumenta según disminuye el tamaño de grano. Las nanopartículas metálicas son más pequeñas que las partículas metálicas tradicionales lo que permite una mayor libertad de fluencia en la microestructura metálica y se mejora la estabilidad frente al desgaste.

Tratamiento superficial frente a la corrosión

Tradicionalmente los mejores métodos para la lucha contra la corrosión son la aplicación de un recubrimiento o película de interfase entre el metal a tratar y el medio ambiente ya sea por un recubrimiento metálico (galvanizado, cromado, etc.), un recubrimiento de sal inorgánica del metal a tratar (fosfatado, anodizado, cromatado, etc). Hoy en día se están implantando nuevos métodos de prevención de la corrosión utilizando nanotecnología, creando capas muy finas de material nano cerámico. En una transformación de superficie:

H₂ZrF6 + M + ácido inorgánico → 2 H₂O + ZrO₂ + M²⁺ + 4 H⁺ + 6 F^– + H₂ 

M= metal tratado
M²⁺ = superficie metal nanoconvertida.

Estos productos son sales binarias de dos tipos de elementos el flúor (F) y el zirconio (Zr). Para mejorar la acción conversora de estas sales, el producto viene acompañado de ácidos inorgánicos, generalmente el ácido nítrico (HNO₃).

Está transformación (ilustrada en la imagen de cabecera) se realiza en túneles de tratamiento especiales. El metal a tratar se hace pasar por una serie de fases preliminares como un desengrasado general y un aclarado con agua desionizada para eliminar presencia de aceites, grasas o impurezas que puedan perjudicar a todo el proceso. Después se pasa por una fase final donde se aplica el producto nanotecnológico. Generalmente diluido en agua destilada entre el 5 y el 10% por aspersión a una presión que varia entre 0,8 bares y 1,1 bar. y temperatura ambiente. Con este tratamiento obtenemos una capa de conversión protectora con un espesor máximo de 5-6 µ, y un aumento de capacidad frente a la corrosión más elevado que los tratamientos tradicionales y mejor anclaje de la pintura industrial.

Estos productos no contienen cromo (Cr⁺⁶). afectado por numerosas legislaciones tanto medio ambientales como sanitarias, con lo que mejoramos en su tratamiento como residuo.

Fuentes

• Universidad de Oviedo, Dpto. de Química-Física y Analítica.
• Cromonova. Navarra
• Kluthe Iberica
• Henkel Iberica