Por Milton Carlos Elias Espinosa
Artículo de Divulgación

“En la vitrina de la tienda existen dos relojes iguales a simple vista, pero de distinto precio, no me quedo con la duda y pregunto ¿cuál es la diferencia? El vendedor comenta, los dos relojes son fabricados en Suiza, clásicos, automáticos, con cristal de zafiro y brazalete metálico, sin embargo, uno tiene una capa protectora contra rayaduras y desgaste…” Actualmente en la mayoría de los objetos utilizados en la vida diaria es común encontrar recubrimientos los cuales protegen, embellecen y mejoran las propiedades de uso de diversos artículos.

De acuerdo a estudios del Ministerio de Tecnología de Gran Bretaña se estima que tan solo en desgaste por corrosión se puede llegar a alcanzar pérdidas económicas de hasta un 3.5% del PIB. Estudios realizados en la Universidad Tecnológica de Helsinki por el profesor Kenneth Holmberg indican que un tercio de la energía del combustible que se utiliza en un automóvil únicamente es para superar la fricción.

De ahí que los recubrimientos sean de gran importancia, ya que además de mejorar el aspecto de los materiales, protegen las superficies contra corrosión y desgaste, y también mejoran las propiedades superficiales.

Existen una gran cantidad de recubrimientos, desde los más clásicos, como la pintura y el cromado, hasta las últimas tecnologías como el PVD (Physical Vapor Deposition) y el DLC (Diamond-like carbon).

Las tendencias en el desarrollo de recubrimientos PVD busca sustituir los procesos tradicionales de cromado y niquelado, ya que las nuevas técnicas ofrecen seguridad y respeto por el medio ambiente.

Tendencias para preservar superficies de manera sustentable

El PVD es uno de los procesos más empleados para recubrimiento superficial, consiste en vaporizar un metal y depositarlo en la superficie de otro material, lo cual genera una capa micrométrica con la finalidad de mejorar las propiedades superficiales de los materiales. Con los depósitos de PVD se aumenta la dureza en la superficie de los materiales (dureza similar a la del zafiro), y esto ayuda a mejorar la resistencia al desgaste, además, algunos depósitos tienen una excelente resistencia a los productos químicos y por su biocompatibilidad pueden utilizarse junto a biomateriales para la fabricación de prótesis e implantes.

Actualmente el PVD no solo es utilizado para mejorar las propiedades técnicas de las superficies, también es utilizado para dar acabados decorativos y estéticos, ya que dependiendo de los materiales vaporizados y depositados se puede obtener diferentes tonalidades y acabados.

Por ejemplo, al depositar carburo de cromo se obtiene un negro brillante, con nitruro de aluminio y cromo un gris oxford, y al depositar nitruro de titanio da como resultado un color dorado, al combinar titanio y cromo y depositarlo sobre latón se obtiene un color bronce, si se combina nitruro de titanio con aluminio puede dar desde un color negro hasta un color bronce el cual va a depender de la relación de aluminio y titanio, de igual forma al mezclar cianuro de titanio y carbono se pueden obtener desde tonos azules hasta rosas.

Si a las combinaciones anteriores se les agrega óxidos metálicos se puede obtener tonos tornasol o multicolor. Además, de todo lo anterior se pueden realizar depósitos muy finos de plata, oro o nanotubos de carbono.

Figura. Efecto de colores por deposito PVD
Figura. Efecto de colores por deposito PVD

Con la finalidad de generar temas de alto impacto de investigación en desgaste y corrosión de las superficies, el Grupo de Investigación de Enfoque Estratégico en Nanomateriales del Tecnológico de Monterrey, en conjunto con la Red Temática de Ingeniería de Superficies y Tribología de CONACYT, depositan y caracterizan distintos tipos de capas PVD y DLC para mejorar la calidad superficial de los materiales y generar aplicaciones que ayuden al desarrollo de las empresas nacionales e internacionales en las industrias metalmecánica, automotriz, aeronáutica  y médica.

Con los recubrimientos PVD pueden lograse apariencias que no se pueden obtener bajo técnicas tradicionales, lo que genera una gran versatilidad en decorados y acabados. Actualmente los recubrimientos por PVD buscan nuevas aplicaciones innovadoras y decorativas que puedan ser adoptadas en distintas industrias.

Algunos ejemplos de sus aplicaciones

Por su biocompatibilidad, los recubrimientos PVD pueden utilizarse en:

  • Dispositivos médicos sometidos a desgaste
  • Para aumentar la durabilidad de prótesis e implantes
  • Para conservar y aumentar la vida de las herramientas de la industria metalmecánica hasta 10 veces.

El futuro de estos recubrimientos es prometedor, ya que también se busca hacerlos inteligentes, es decir, que sean aptos para recibir una señal exterior y que den una respuesta deseada.


Ficha del autor:

Milton Carlos Elías Espinosa (mielias@tec.mx) es Doctor en Ciencias en Ingeniería Mecánica (IPN). Profesor de la Escuela de Ingeniería y Ciencias. Miembro del Grupo de Investigación de Enfoque Estratégico en Nanomateriales. Miembro de la Red Temática de Ingeniería de Superficies y Tribología (REDISYT-CONACyT). Miembro del Grupo de Investigación en Derecho Y Tecnología (Tecnológico de Monterrey-Santa Fe). Miembro del Sistema Nacional de Investigadores CONACyT.

Para saber más:

  1. Uribe, O. Salas, D. Melo-Máximo, J. Oseguera, C.M. Lepienski, R.D. Torres, R.M. Souza. (2015) Development of Al oxide PVD coatings against metal dusting. Surface Engineering, 31 (2), 114-122.

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