Recubrimientos resistentes al desgaste: tipos y cómo elegir el adecuado

Guía de recubrimientos resistentes al desgaste

Cada máquina tiene un límite de desgaste. En entornos industriales, este límite suele alcanzarse por el desgaste superficial. Este desgaste se produce por abrasiones, rozamiento y erosión. Con el tiempo, la superficie se vuelve inservible y la producción se detiene. Los costos también aumentan. El desgaste mecánico es la principal causa de fallas en las industrias manufacturera, petrolera y gasística, y aeroespacial. El daño generalmente comienza lentamente, pero una vez que se inicia, empeora rápidamente.

La protección de superficies es una solución. Los recubrimientos resistentes al desgaste crean una barrera que protege la superficie de la máquina de cualquier fuerza que intente dañarla. El recubrimiento adecuado prolongará la vida útil de cualquier componente sometido a vibraciones constantes o expuesto a productos químicos agresivos. Existen numerosas opciones de recubrimiento, desde recubrimientos duros anodizados hasta sistemas de carburo para equipos industriales pesados.

ProLean Tech ayuda a los ingenieros y a los equipos de compras a encontrar soluciones de protección de superficies que se adapten a sus condiciones de funcionamiento mediante: mecanizado de metales personalizado servicios. Esta guía explicará las diferencias entre la pulverización térmica y niquelado electrolíticoo ayudarle a elegir el adecuado para sus herramientas que estén sujetas a un alto desgaste.

¿Qué es un recubrimiento resistente al desgaste?

Tuberías y válvulas industriales

Los recubrimientos resistentes al desgaste protegen los componentes de la máquina contra los daños causados ​​por la fricción, los impactos y los ataques químicos. Estos recubrimientos solo modifican la capa exterior, sin alterar el material base. Son capaces de aumentar la dureza, reducir la fricción o mejorar la resistencia química sin modificar la forma ni las propiedades mecánicas esenciales de la pieza.

Hace mucho más que simplemente ralentizar el desgaste. Modifica el rendimiento de la superficie. Reduce la fricción y aumenta la resistencia a la corrosión. Permite que las piezas funcionen de forma fiable en entornos que, de otro modo, las desgastarían rápidamente. El material base sigue siendo responsable de la carga estructural, mientras que el recubrimiento se encarga del desgaste superficial.

¿Cómo funcionan los recubrimientos resistentes al desgaste?

Según su composición, los distintos recubrimientos protegen diversos mecanismos. Los recubrimientos duros, como el óxido de tungsteno o el carburo de cromo, crean una superficie más dura que el material con el que entran en contacto, lo que impide su desgaste. Los recubrimientos de baja fricción, como el PTFE y el DLC, reducen la transferencia de energía durante el contacto deslizante, disminuyendo así el desgaste adhesivo. Los recubrimientos de barrera, como los de epoxi o los óxidos cerámicos, impiden la entrada de productos químicos y humedad.

También es importante considerar cómo se aplicará el recubrimiento. Los procesos de proyección térmica utilizan partículas fundidas para crear un recubrimiento grueso y bien adherido. Los procesos PVD y CVD depositan recubrimientos a escala atómica para un control preciso y una alta adhesión. Los procesos electroquímicos, como la anodización o el recubrimiento químico, crean capas superficiales mediante reacciones químicas controladas.

¿Cuál es la diferencia entre resistencia al desgaste, a la abrasión y a la corrosión?

Aunque se usan indistintamente, significan cosas diferentes. La resistencia al desgaste es la resistencia general contra el daño superficial causado por el contacto mecánico. Los recubrimientos resistentes a la abrasión protegen contra el daño causado por partículas duras o superficies rugosas que rozan un componente. Esto es común en sistemas de minería, molienda y transporte. Los recubrimientos resistentes a la corrosión están diseñados para proteger contra daños electroquímicos y químicos, como la oxidación, la corrosión y el ataque químico de fluidos y gases.

En aplicaciones reales, se requieren recubrimientos capaces de manejar múltiples fluidos simultáneamente. En una planta química, un componente de una bomba puede estar expuesto tanto a fluidos abrasivos como a líquidos corrosivos. Necesita un recubrimiento que lo proteja de ambos.

Comprender los tipos de desgaste

Recubrimiento cerámico para resistencia al desgaste

Es fundamental identificar correctamente el tipo de desgaste que afecta al componente antes de seleccionar un recubrimiento. Un recubrimiento que endurezca la superficie puede no solucionar el problema de los micromovimientos y vibraciones que causan el daño real. Cada tipo de desgaste presenta síntomas específicos y requiere una solución particular.

Preocupado

El desgaste por fricción consiste en la eliminación gradual de material de dos superficies en contacto que experimentan pequeños movimientos de vaivén, generalmente debido a vibraciones. Puede dejar residuos oxidados y corrosión localizada. Este desgaste es común en culatas de cilindros, pistas de rodadura de rodamientos y superficies de juntas atornilladas. Los productos antifricción funcionan aumentando la dureza superficial de las superficies y reduciendo el microdeslizamiento entre ellas.

• Recubrimientos de carburo de tungsteno en superficies de cojinetes y pistas de rodadura.
• Los recubrimientos de las culatas son resistentes a la fricción térmica y mecánica.
• Las superficies de contacto que requieren tolerancias estrictas pueden ser de cromo duro o níquel químico.

Mortificante

El desgaste por fricción se produce cuando dos superficies que se deslizan juntas se adhieren y luego se separan bajo alta presión. Esto provoca que el material se transfiera de una superficie a la otra. El aluminio, el acero inoxidable y el titanio son particularmente susceptibles a este problema. Esta corrosión es común en cilindros y bujes hidráulicos.

Los recubrimientos antiincrustantes pueden prevenir esto creando una capa intermedia que es dura o resbaladiza.

• Los recubrimientos de carburo de tungsteno proporcionan la máxima dureza superficial.
• Aleaciones de latón y bronce para el recubrimiento de superficies metálicas más blandas.
• Recubrimientos poliméricos a base de PTFE para contacto deslizante de baja fricción

desgaste erosivo

Las partículas sólidas o las gotas de líquido que impactan repetidamente una superficie pueden causar desgaste por erosión. Este es un problema común en las industrias de impresión, minería y petróleo y gas, donde los fluidos contienen materiales abrasivos. Los recubrimientos resistentes a la erosión aumentan la dureza de la superficie para absorber los impactos sin perder material.

La reparación de los rodillos de tinta en las imprentas es un buen ejemplo. Los recubrimientos por pulverización térmica con carburo restauran la geometría superficial de los rodillos sometidos a impactos constantes de fluidos y partículas. Además, aumentan su vida útil.

Desgaste abrasivo

Cuando partículas duras o superficies rugosas rozan o cortan materiales más blandos, provocan desgaste abrasivo. Este es el tipo de desgaste más común en la fabricación y el mecanizado. Los recubrimientos resistentes a la abrasión interponen un material duro entre el abrasivo y el sustrato, protegiendo metales como el aluminio, el cobre y el níquel.

Algunos ejemplos son los rodillos de plegado y picadora utilizados en la imprenta, los filos de las herramientas de corte empleadas en el mecanizado y las superficies que se descascarillan por la carga repetida. Es importante mantener las dimensiones lo más precisas posible y reducir la velocidad de eliminación del material.

Tipos de recubrimientos

Aerosol para recubrimiento resistente al desgaste 

Una vez determinado el tipo de desgaste, el siguiente paso consiste en seleccionar el recubrimiento adecuado según su composición química y el método de aplicación. A continuación, se enumeran los tipos más comunes de recubrimientos resistentes y sus mejores aplicaciones.

Recubrimientos de pulverización térmica

La proyección térmica es un término que engloba varios procesos, como la proyección por plasma, la proyección HVOF, la proyección por arco eléctrico y la proyección por llama. Todos ellos proyectan partículas fundidas o semifundidas sobre una superficie para crear un recubrimiento denso y adherente. Estos recubrimientos ofrecen una excelente protección contra el desgaste, la corrosión y la erosión en las industrias aeroespacial, petrolera y gasística, así como en la generación de energía.

El proceso HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) produce recubrimientos extremadamente densos y de baja porosidad. Este recubrimiento se utiliza ampliamente en trenes de aterrizaje aeronáuticos, componentes de turbinas e impulsores de bombas. La proyección de plasma se puede utilizar para recubrir cerámicas y cermets. Estos materiales ofrecen protección contra el desgaste y funciones de barrera térmica.

Recubrimientos de carburo

Los recubrimientos más difíciles de aplicar son los de carburo. Entre ellos se incluyen el carburo de tungsteno y el carburo de cromo. Se aplican mediante proyección térmica (principalmente HVOF) o plasma. Protegen contra la abrasión, la erosión, el desgaste por fricción y el agarrotamiento. Estos recubrimientos se utilizan ampliamente en industrias como la del petróleo y el gas, la minería y la aeroespacial, donde los componentes están constantemente expuestos a un desgaste extremo y a un estrés mecánico de alto impacto.

Los siguientes compuestos de carburo se utilizan comúnmente:

• El carburo de tungsteno (WC-Co) tiene la mayor dureza en condiciones de abrasión extrema.
• Carburo de tungsteno con cobalto/cromo: resistencia a la corrosión añadida a la protección contra el desgaste.
• Níquel/cromo y carburo de cromo: La mejor opción para aplicaciones de alta temperatura de hasta aproximadamente 900 grados Celsius.
• Carburo de tungsteno, níquel y cobalto: Adecuado para entornos corrosivos donde el cobalto puede no ser apropiado.

Recubrimientos cerámicos

Materiales como el circonio, el titanio y el óxido de aluminio se utilizan en recubrimientos cerámicos. Estos recubrimientos protegen contra la abrasión, los ataques químicos y el desgaste por deslizamiento. Se pueden aplicar mediante proyección de plasma, pistolas de detonación u otros métodos. Entre las aplicaciones prácticas más comunes se incluyen los recubrimientos de barrera térmica en las palas de las turbinas de los motores a reacción, los revestimientos resistentes al desgaste en las bombas industriales y las capas protectoras en los implantes ortopédicos, donde tanto la biocompatibilidad como la durabilidad son fundamentales.

Estos recubrimientos se pueden utilizar en piezas de automóviles, implantes médicos y herramientas de corte. Su inercia química los hace resistentes a líquidos corrosivos, y su dureza soporta el desgaste abrasivo. Se pueden añadir selladores para proporcionar resistencia a la corrosión incluso en los entornos más agresivos.

Recubrimientos DLC (carbono tipo diamante)

Los recubrimientos DLC se comportan como diamantes naturales. Son extremadamente duros, de baja fricción y resistentes a los productos químicos. Son una excelente opción para aplicaciones que requieren baja fricción y alta resistencia al desgaste.

Los principales usuarios son las piezas de automoción, como los componentes del tren de válvulas, los aros de pistón y los dispositivos médicos. Su baja fricción y dureza reducen la pérdida de energía de las piezas móviles, a la vez que previenen la fatiga superficial y el desgaste adhesivo.

Recubrimientos a base de polímeros

Los recubrimientos poliméricos están disponibles en una variedad de materiales, incluyendo mezclas de PTFE y FEP, PVDF, poliuretanos epoxi y mezclas de fluoropolímeros Xylan. Los recubrimientos poliméricos, como el PTFE, proporcionan una excelente resistencia a la corrosión y al desgaste, pero su resistencia al desgaste suele ser menor que la de recubrimientos más duros como el carburo o el DLC.Estos productos son ideales para cintas transportadoras y equipos de procesamiento de alimentos. También funcionan bien en cojinetes y otras superficies que requieren resistencia química.

El PTFE posee alta resistencia a la temperatura y es el recubrimiento original. El FEP tiene características similares al PTFE, con mayor resistencia a la abrasión. Los sistemas epoxi ofrecen una sólida resistencia al impacto y son una opción económica para la prevención de la corrosión y la abrasión en entornos menos exigentes.

Revestimiento de níquel no electrolítico

El niquelado químico no requiere corriente eléctrica para depositar una capa uniforme de níquel-fósforo en formas complejas. Esta uniformidad es ideal para piezas con formas intrincadas, características internas o perforaciones. El galvanizado puede ser difícil de realizar de manera uniforme.

El recubrimiento proporciona buena dureza, resistencia a la corrosión y lubricidad natural. Es especialmente eficaz en titanio y aluminio. Es menos perjudicial para el medio ambiente y no provoca fragilización por hidrógeno, un problema que puede ocurrir en piezas de alta resistencia.

Cromado duro y anodizado

El cromado duro proporciona resistencia a la corrosión y al desgaste, a la vez que reduce la fricción. Este recubrimiento se utiliza en cilindros hidráulicos y vástagos de pistón, así como en rodillos industriales que requieren tolerancias dimensionales estrictas para una larga vida útil.

El tratamiento superficial más común para el aluminio es anodizado de capa duraEl recubrimiento duro de tipo III crea una capa densa y gruesa de óxido de aluminio que aumenta la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste. Puede elegir el mejor nivel de protección conociendo las diferencias entre anodizado tipo II frente a tipo IIIEl tipo II es el más adecuado para piezas de aluminio sometidas a un desgaste intenso. El tipo III, en cambio, proporciona protección general contra la corrosión.

Recubrimiento de conversión de alodina

Revestimiento de alodina Es un recubrimiento de conversión de cromato para aluminio. Protege contra la corrosión y proporciona una buena superficie para la adherencia de pinturas o imprimaciones. Si bien su resistencia al desgaste es menor que la de la proyección térmica o el anodizado, ofrece una buena protección contra productos químicos sin alterar las dimensiones de la pieza. Esto lo hace ideal para carcasas electrónicas y componentes aeroespaciales donde la precisión dimensional es fundamental.

¿Cuál es la diferencia entre un recubrimiento de mejora y un recubrimiento resistente al desgaste?

El término «recubrimientos mejorados» se utiliza para describir cualquier tipo de recubrimiento que mejore el rendimiento superficial de un componente. Incluye mejoras térmicas, eléctricas y decorativas, así como resistencia al desgaste. Este recubrimiento es un tipo de recubrimiento mejorado que protege contra daños mecánicos y tribológicos.

Comparación de diferentes tipos

A la hora de elegir el mejor recubrimiento, es necesario tener en cuenta varios factores. Esta tabla compara los tipos de recubrimiento más populares.

Aplicaciones para industrias específicas

Revestimiento resistente al desgaste 

Los recubrimientos más resistentes al desgaste y la corrosión pueden no ser los mejores para todas las aplicaciones.

Industria automotriz:

Los recubrimientos térmicos y DLC reducen la fricción en los componentes del motor, como los pistones y las piezas del tren de válvulas. Estos recubrimientos también son resistentes al desgaste, incluso a altas temperaturas. Recubrimientos de teflón sobre acero inoxidable Estos componentes se utilizan en el sistema de combustible, los cuerpos de aceleración y otras áreas donde se requiere resistencia química.

Industria aeroespacial:

Los recubrimientos del tren de aterrizaje, las palas y los componentes estructurales deben ofrecer resistencia a la corrosión y a la fatiga. El tren de aterrizaje está recubierto con carburo de tungsteno o cromo aplicado mediante proyección térmica HVOF. Se utilizan anodizado duro y otros recubrimientos para proteger los componentes de aluminio de la estructura del avión. El uso de recubrimientos cerámicos de barrera térmica en las palas de la turbina permite prolongar su vida útil en entornos de combustión a altas temperaturas.

Industria de petróleo y gas

Las tuberías, bombas y válvulas están expuestas a condiciones agresivas, abrasivas y químicas. Los recubrimientos térmicos de carburo protegen contra el efecto erosivo de los fluidos de proceso. La combinación de cerámica y selladores proporciona resistencia a la abrasión y a la corrosión en áreas expuestas a ambas.

Fabricación y Mecanizado

Las herramientas de corte recubiertas con DLC, cerámica DLC o carburo conservan su filo durante más tiempo. Esto mejora la calidad y reduce el tiempo de inactividad. Para superficies de moldes, el cromo duro o el níquel químico son la mejor opción. 

La protección de los componentes del sistema de transporte, las superficies de los rodillos y otras superficies contra la exposición continua a materiales abrasivos se logra con polímeros y carburos. Los recubrimientos antidesgaste se consideran cada vez más como parte integral de los procesos de mecanizado de metales personalizados, en lugar de un complemento.

Médico y dental

Las dos opciones principales son el DLC y el nitruro de titanio. El DLC y el nitruro de titanio son los dos iones principales. Estos materiales son química y físicamente inertes, por lo que pueden soportar ciclos de esterilización.

Cómo seleccionar el abrigo resistente al desgaste adecuado

La elección de un recubrimiento no debe basarse únicamente en el precio. Existen muchas opciones. Un recubrimiento más económico, pero que falla en seis meses, costará más que uno de calidad superior que dura cinco años.

Factores clave de selección

Tenga en cuenta estos factores antes de tomar una decisión final.

• Tipo de desgaste: identificar el modo de fallo principal, como la abrasión o la erosión.
• Cerámica y cermet Los recubrimientos pueden soportar altas temperaturas; los recubrimientos de polímero son menos resistentes.
• Entorno químico: Los fluidos corrosivos requieren una fuerte resistencia química, como la que ofrecen la cerámica, el níquel químico o los fluoropolímeros.
• Aluminio, titanio y acero Todos tienen diferentes procesos de recubrimiento que son compatibles o incompatibles.
• Tolerancia Dimensional: El níquel químico y el PVD son finos y uniformes, mientras que la pulverización térmica añade grosor.
• Acabado de la superficie: Algunos recubrimientos requieren un lijado posterior, mientras que otros se pueden aplicar directamente desde la malla hasta el acabado.
• Cromo duro Esto es preocupante debido al cromo hexavalente; la anodización y el niquelado químico son mejores alternativas.

Reparación y restauración de componentes

Las piezas nuevas no solo se recubren con tratamientos para aumentar su resistencia al desgaste. La proyección térmica también se puede utilizar para reconstruir componentes desgastados o dañados. Posteriormente, se mecanizan para recuperar sus dimensiones originales. Este es el método estándar para componentes costosos como ejes de turbinas y cilindros hidráulicos. Este método se utiliza ampliamente en el mantenimiento, reparación y revisión (MRO) para la industria aeroespacial, la maquinaria industrial y la generación de energía.

Cómo evitar errores comunes al seleccionar un recubrimiento resistente al desgaste

Recubrimiento anodizado en piezas de aluminio

Incluso los ingenieros experimentados pueden cometer errores al especificar recubrimientos. Estos errores pueden provocar fallas prematuras, desperdicio de dinero o problemas de compatibilidad que solo se manifiestan en condiciones reales de funcionamiento. La dureza es importante, pero no es el único factor a considerar al elegir un recubrimiento. Un recubrimiento muy duro y quebradizo en un componente sometido a cargas de impacto puede agrietarse y desprenderse.

La preparación de la superficie es importante: la adhesión depende de la calidad de la superficie. Las superficies contaminadas o mal preparadas darán como resultado una adhesión débil del recubrimiento, independientemente de la calidad del mismo. Ignorando la diferencia en la dilatación térmica: los sustratos y los recubrimientos se dilatan a ritmos diferentes. Cuando se aplica cerámica al aluminio, puede producirse una delaminación al producirse ciclos térmicos.

No confunda la resistencia a la corrosión con la resistencia al desgaste. Un recubrimiento con excelente resistencia a la corrosión puede tener muy poca resistencia al desgaste, y viceversa. Asegúrese de especificar ambos requisitos. Los recubrimientos por proyección térmica son una mejora significativa del material. Si no se tienen en cuenta en la fase de diseño, pueden causar problemas de ajuste y holgura en ensamblajes de precisión.

Conclusión 

Los recubrimientos resistentes al desgaste pueden ser una excelente inversión para prolongar la vida útil de sus equipos. Existe una solución comprobada para cualquier problema, ya sea el desgaste por fricción en los conjuntos de rodamientos, el desgaste abrasivo en las herramientas de corte o la erosión en los equipos de proceso. Es importante seleccionar el recubrimiento adecuado según el tipo de desgaste, el sustrato y el entorno operativo, en lugar de optar por la opción más común o económica.

ProLean Tech ayuda a los ingenieros en este proceso, ofreciendo su experiencia en especificaciones de tratamiento de superficies y servicios de mecanizado de metales a medida, que consideran los requisitos de recubrimiento desde el principio. El equipo puede ayudarle a encontrar la mejor solución para su aplicación, ya sea eligiendo entre los tipos de anodizado II y III para componentes aeroespaciales de aluminio o el suministro de niquelado químico para instrumentos de precisión. Contacte con ProLean Tech Hoy podemos hablar sobre sus necesidades de protección de superficies.

Preguntas Frecuentes

¿Cuál es el recubrimiento más resistente al desgaste disponible?

Los recubrimientos de DLC y carburo de tungsteno son las opciones comerciales más duras. Alcanzan valores de dureza de 70 HRC o más. Los recubrimientos de cobalto de tungsteno (WCCo) aplicados mediante HVOF son los más eficaces para condiciones abrasivas de alto desgaste.

¿Se puede recubrir el aluminio con una capa resistente al desgaste?

Sí. El método más común para proteger el aluminio del desgaste es el anodizado duro. Este proceso convierte la superficie en una capa de óxido de aluminio. Otra opción es el niquelado químico, que cubre las geometrías de aluminio de manera uniforme. La oxidación electrolítica por plasma (PEO), una alternativa más reciente, ofrece una dureza superior y cumple con las normativas medioambientales.

¿Cuánto dura un recubrimiento resistente al desgaste?

La vida útil de un recubrimiento depende de su tipo, las condiciones de funcionamiento y el mantenimiento. Los recubrimientos de carburo aplicados por proyección térmica a los rodillos de impresión prolongan su vida útil semanas o meses. Los recubrimientos DLC se aplican habitualmente a los componentes del tren de válvulas de los automóviles y duran toda la vida útil del motor. Los recubrimientos de níquel químico en piezas de precisión pueden protegerlas durante años en entornos corrosivos.