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La guía definitiva para el acabado químico de piezas mecanizadas por CNC

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Todo el acabado de un Mecanizado CNC La pieza agrega costo y tiempo de fabricación a la pieza, pero el acabado superficial correcto tiene el potencial de hacer realidad su visión de diseño. Los tratamientos de superficie para piezas metálicas mecanizadas por CNC suelen incluir varios procesos mecánicos como esmerilado, pulido y pulido con chorro de arena, pero también están disponibles tratamientos de superficie químicos como pasivación y anodizado.

Los tratamientos químicos de superficie pueden eliminar imperfecciones de las piezas metálicas e incluso cambiar sus niveles de conductividad eléctrica, prolongando su vida útil y también mejorando su resistencia al desgaste y la corrosión. Los tratamientos químicos de superficie tienen una variedad de aplicaciones industriales: en la industria aeroespacial, por ejemplo, los tratamientos químicos de superficie se utilizan para aumentar la durabilidad de las piezas, aumentar la estabilidad térmica y ralentizar la oxidación. En la industria electrónica, los tratamientos químicos de superficie se pueden encontrar en la fabricación de todo, desde carcasas de teléfonos móviles y consolas de juegos hasta equipos de imágenes. Si bien hay muchas opciones de acabado químico disponibles, no necesariamente son adecuadas para todos los materiales metálicos. De hecho, cada tratamiento superficial químico suele ir asociado a un material concreto y tiene sus propias ventajas y desventajas. En esta guía, exploraremos varios procesos de acabado químico comunes para que pueda decidir cuál es mejor para su proyecto CNC.

Pasivación

Pasivación Acero Inoxidable

anodizado de aluminio

Aluminio anodizado

Al elegir el acabado químico adecuado para sus piezas metálicas, debe considerar los materiales compatibles y el uso final. Esto significa considerar una variedad de factores contextuales, que incluyen:

Para ayudarlo a evaluar sus opciones, AN-Prototype resume los acabados químicos comunes y sus materiales compatibles para su referencia:

Anodizado: Aluminio, titanio y otros metales no ferrosos.

pasivación: acero inoxidable

Óxido negro: acero, acero inoxidable, cobre y otros metales

Recubrimiento químico (revestimiento de conversión de cromato): Aluminio

Electropulido: Aluminio, Acero, Acero Inoxidable, Cobre, Titanio, Latón, Bronce, Berilio y su Galvanoplastia Cadmio: Cromo, Cobre, Oro, Níquel, Plata, Estaño Aluminio, Acero y otros metales

Cromado: Aluminio, acero, acero inoxidable, aleaciones de níquel, titanio, cobre y otros metales

Recubrimiento de politetrafluoroetileno (Teflon™): Aluminio, Acero y Otros Metales

Níquel Electroless: Aluminio, Acero y Acero Inoxidable

Galvanizado: acero

Introducción al tratamiento químico de superficies

Conozcamos el proceso, cómo funcionan estos acabados químicos y cómo pueden beneficiar sus proyectos CNC.

Anodizado

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El anodizado es una opción de acabado popular para piezas de aluminio y titanio que agrega una capa de óxido a la superficie de la pieza, creando una película de óxido anódico para mayor protección y mejor estética. Para anodizar Aluminio CNC piezas, se sumerge la pieza de aluminio en un baño de electrolito ácido y luego se usa un cátodo (el electrodo cargado negativamente) para hacer que la solución libere gas hidrógeno. Al mismo tiempo, la pieza de aluminio CNC (ánodo cargado positivamente) libera oxígeno, formando una capa protectora de óxido en su superficie. Después de anodizar una pieza de aluminio, su superficie tendrá pequeños poros que deberán sellarse con una solución química para evitar la corrosión y la acumulación de contaminantes.

Las piezas de aluminio anodizado son duraderas y resistentes a la corrosión y al desgaste, lo que puede reducir los costos de mantenimiento. Al mismo tiempo, la capa anodizada no es conductora y se adapta completamente al sustrato de aluminio, por lo que no se astilla ni se pela como el revestimiento y la pintura. De hecho, además de sellar, la capa anodizada porosa se puede pintar o teñir y también es más respetuosa con el medio ambiente ya que el acabado anodizado no es tóxico y es químicamente estable. El anodizado no es sólo para el aluminio: el proceso también es adecuado para el titanio y otras piezas no ferrosas.

Hay tres tipos diferentes de anodizado:

Tipo I (anodizado con ácido crómico) produce la capa de óxido más fina, lo que significa que apenas cambia las dimensiones de la pieza. Los componentes anodizados tipo I tendrán un color opaco y no absorberán bien otros colores.

Tipo II (anodizado con ácido borosulfúrico) tiene una mejor adhesión de la capa de óxido y es ligeramente más grueso que el Tipo I. Con el anodizado Tipo II puede crear fácilmente piezas anodizadas en azul, rojo, dorado, verde y negro.

Tipo III (anodizado con ácido sulfúrico duro) es la forma más común de anodizado. Tiene el acabado más claro, lo que significa que funciona con más colores. Vale la pena señalar que el anodizado Tipo III da como resultado un acabado ligeramente más grueso que el anodizado Tipo II, lo que debe tenerse en cuenta en piezas que requieren tolerancias estrictas.

La mayor durabilidad, resistencia al desgaste y a la corrosión de las piezas anodizadas y el alto nivel de control dimensional que ofrece el proceso han hecho que el anodizado sea particularmente popular en los sectores aeroespacial, médico, automotriz, electrónico y más.

A pesar de su excepcional versatilidad, el anodizado también tiene desventajas:

Cambiar las dimensiones de la pieza: La anodización de metales cambia las dimensiones de la pieza, por lo que es necesario considerar la capa de óxido al determinar las tolerancias dimensionales, o se utiliza un enmascaramiento químico o físico para garantizar que áreas específicas de la pieza permanezcan sin tratar, especialmente áreas como algunos agujeros.

La combinación de colores es difícil. Lograr una combinación de colores consistente puede resultar difícil si los componentes anodizados no se procesan en el mismo lote.

No apto para aplicaciones conductoras. La anodización de piezas metálicas aumenta su resistencia eléctrica y térmica y no es adecuada para aplicaciones conductoras.

Pasivación

Piezas de pasivación

La pasivación previene la corrosión de las piezas de acero inoxidable, ayudándolas a mantener la limpieza, el rendimiento y la apariencia. Las piezas pasivadas no sólo son más resistentes a la oxidación y, por tanto, mejores para uso en exteriores, sino que también tienen menos probabilidades de sufrir picaduras, duran más, tienen mejor aspecto y son más funcionales. Como resultado, la pasivación se utiliza en una variedad de industrias, desde la industria médica hasta la aeroespacial con tolerancias dimensionales estrictas.

El proceso de pasivación implica la adición de ácido nítrico o cítrico. Si bien el ácido nítrico ha sido tradicionalmente la opción típica para la pasivación, recientemente el ácido cítrico ha ganado popularidad porque reduce los tiempos de ciclo y es más seguro y respetuoso con el medio ambiente. Durante la pasivación, las piezas de acero inoxidable se sumergen en una solución ácida para eliminar el óxido de sus superficies sin afectar el elemento de aleación cromo en el acero inoxidable. La aplicación de ácido al acero inoxidable elimina el hierro libre o los compuestos de hierro de su superficie, dejando una capa que consiste en cromo (y a veces níquel). Después de la exposición al aire, estos materiales reaccionan con el oxígeno para formar una capa protectora de óxido.

Es importante recordar que La pasivación puede extender el tiempo de fabricación de una pieza. Antes de pasivar una pieza, se debe limpiar para eliminar grasa, suciedad u otros contaminantes, luego enjuagar y remojar (o rociar). Si bien la inmersión es el método de pasivación más común porque proporciona una cobertura uniforme y se puede realizar rápidamente, la pulverización ácida también se puede utilizar como alternativa.

Recubrimiento de óxido negro

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Aplicado a metales ferrosos como acero, acero inoxidable y cobre, el proceso de recubrimiento de óxido negro implica sumergir la pieza en un baño de óxido para formar una capa de magnetita (Fe 3 O 4 ), que proporciona una ligera resistencia a la corrosión.

Hay tres tipos de recubrimientos de óxido negro:

Óxido negro caliente: El proceso de recubrimiento de óxido negro en caliente implica sumergir la pieza en un baño caliente de hidróxido de sodio, nitrito y nitrato para convertir su superficie en magnetita. Después de la limpieza, las piezas deben sumergirse en un limpiador alcalino, agua y soda cáustica, y luego recubrirse con aceite o cera para lograr la estética deseada.

Óxido negro de temperatura media: El óxido negro de temperatura media es muy similar al óxido negro térmico. La principal diferencia es que las piezas recubiertas se vuelven negras a temperaturas más bajas (90 – 120 °C). Dado que esta temperatura está por debajo del punto de ebullición de las soluciones de sodio y nitrato, no hay necesidad de preocuparse por los vapores corrosivos.

Óxido negro frío: Cool Black Oxide se basa en selenio de cobre depositado para cambiar el color de la pieza. Las piezas que reciben una capa de óxido negro tendrán una mejor resistencia a la corrosión y al óxido, serán menos reflectantes y tendrán un ciclo de vida más largo. Una capa de aceite o cera aumenta la resistencia al agua y también evita que sustancias nocivas lleguen al interior del metal, lo que facilita la limpieza de la pieza. El recubrimiento de óxido negro también agrega espesor, lo que lo hace ideal para taladros, destornilladores y otras herramientas que requieren un borde afilado que no se desafile con el tiempo. Sin embargo, la resistencia al desgaste del óxido negro frío es pobre.

Película química

Película química

Una película química, también conocida como recubrimiento de conversión de cromato, es un recubrimiento químico delgado que generalmente se aplica al aluminio (aunque también se puede aplicar a otros metales) para prevenir la corrosión y mejorar la adhesión del adhesivo y la pintura. Los acabados de películas químicas suelen tener formulaciones patentadas, pero el cromo es el ingrediente principal en cada variedad. Los acabados de película química se pueden aplicar mediante pulverización, inmersión o brocha y, según el producto y la formulación, pueden ser de color amarillo, tostado, dorado o transparente.

Mientras que otros acabados reducen la conductividad térmica y eléctrica, los acabados de película química permiten que el aluminio conserve sus propiedades conductoras. Las películas químicas también son relativamente económicas y, como se mencionó anteriormente, proporcionan una buena base para pintar e imprimar (con la ventaja adicional de ahorrar tiempo). Sin embargo, las películas químicas no son ideales para proyectos CNC con orientación estética debido a su susceptibilidad a rayones, raspaduras y otros daños superficiales.

Pulido electrolítico

Pulido electrolítico

El electropulido es un proceso de acabado electroquímico que se utiliza comúnmente para eliminar capas delgadas de material de acero, acero inoxidable y aleaciones similares. Durante el electropulido, la pieza se sumerge en un baño químico y se aplica una corriente eléctrica para disolver su capa superficial. Varios parámetros afectan el acabado de la pieza, incluida la composición química de la solución electrolítica, la temperatura y el tiempo de exposición de la pieza.

El electropulido generalmente elimina de 0.0002 a 0.0003 pulgadas de la superficie de un objeto, dejando una superficie de la pieza lisa, brillante y limpia. Otros beneficios del electropulido incluyen una mayor resistencia a la corrosión, una vida útil más larga, una mayor resistencia a la fatiga, un menor coeficiente de fricción, una menor rugosidad de la superficie y la eliminación de defectos superficiales como rebabas y microfisuras.

El electropulido es adecuado para acero, acero inoxidable, cobre, titanio, aluminio, latón, bronce, berilio, etc. Vale la pena señalar que el electropulido es más rápido y menos costoso que el pulido manual, pero no elimina al 100% las imperfecciones rugosas de la superficie.

Enchapado

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La galvanoplastia es en realidad el proceso inverso al electropulido. En lugar de eliminar una capa de metal para lograr una superficie final, la galvanoplastia deposita una capa adicional que aumenta el espesor de la pieza. Compatible con cadmio, cromo, cobre, oro, níquel, plata y estaño, la galvanoplastia produce piezas suaves que muestran menos desgaste con el tiempo debido a una protección adicional contra la corrosión, el deslustre, el impacto y el calor. La galvanoplastia aumenta la adhesión entre un sustrato y su capa superior adicional y, según el tipo de metal utilizado, puede hacer que su pieza sea magnética o conductora.

En comparación con otros tratamientos de superficie de piezas mecanizadas por CNC, la galvanoplastia no es particularmente respetuosa con el medio ambiente porque produce residuos peligrosos que pueden contaminar gravemente el medio ambiente si no se manejan adecuadamente. El enchapado también es relativamente costoso debido a los metales y productos químicos (y otros materiales y equipos necesarios) necesarios para el enchapado, y puede llevar mucho tiempo, especialmente cuando las piezas requieren múltiples capas.

Cromado

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El cromado, o cromado, es un tipo de galvanoplastia que consiste en agregar una fina capa de cromo a una pieza metálica para aumentar la dureza de su superficie o su resistencia a la corrosión. Agregar una capa de cromo puede hacer que la pieza sea más fácil de limpiar y mejorar su estética, y casi todas las piezas metálicas se pueden revestir con cromo, incluidos metales como el aluminio, el acero inoxidable y el titanio.

El proceso de cromado generalmente incluye desengrasado, limpieza manual y pretratamiento de las piezas antes de colocarlas en el baño de cromo. A continuación, la pieza debe permanecer en el depósito el tiempo suficiente para que la capa de cromo alcance el espesor deseado. Debido a que el proceso consume electricidad e implica múltiples pasos, el cromado es un proceso de acabado relativamente costoso que no es respetuoso con el medio ambiente.

Recubrimiento de politetrafluoroetileno (Teflon™)

Recubrimiento de politetrafluoroetileno (Teflon™)

Los recubrimientos de politetrafluoroetileno (PTFE), comúnmente conocidos como Teflon™, están disponibles en forma de polvo y líquido y se utilizan en toda la industria. Algunas aplicaciones de PTFE requieren solo una capa, pero otras requieren una imprimación y una capa superior para garantizar la máxima protección. Este tratamiento de superficie se puede aplicar a una variedad de metales, incluidos metales como el acero, el aluminio y el magnesio.

Las piezas recubiertas de PTFE tienen una superficie antiadherente, un bajo coeficiente de fricción y son muy resistentes al desgaste. Debido a que los recubrimientos de PTFE tienen baja porosidad y baja energía superficial, las piezas recubiertas son resistentes al agua, al aceite y a los productos químicos. El PTFE también puede soportar temperaturas de hasta 500 °F, es fácil de limpiar y tiene un excelente aislamiento eléctrico y resistencia química.

Debido a su resistencia química y propiedades antiadherentes, el PTFE se usa comúnmente para recubrir líneas de combustible y aislar placas de circuitos en computadoras, hornos microondas, teléfonos inteligentes y aires acondicionados. También se utiliza comúnmente para recubrir equipos médicos y utensilios de cocina. Si bien los procesos de recubrimiento de PTFE son populares en todas las industrias, son relativamente costosos y no tan duraderos como otras opciones de acabado químico.

Níquel Electroless

Níquel Electroless

Niquelado electrolítico Se refiere a la adición de una capa protectora de aleación de níquel sobre piezas metálicas. A diferencia del proceso de galvanoplastia, que implica una corriente eléctrica, el níquel no electrolítico implica depositar una capa de aleación de níquel (generalmente níquel fósforo) en la pieza utilizando un baño de níquel y un agente químico reductor como el hipofosfito de sodio. Las aleaciones de níquel se depositan uniformemente, incluso en piezas complejas con agujeros y ranuras.

Las piezas niqueladas tienen mayor resistencia a la corrosión por oxígeno, dióxido de carbono, agua salada y sulfuro de hidrógeno. Las piezas niqueladas también tienen buena dureza y resistencia al desgaste, y pueden endurecerse aún más con un tratamiento térmico adicional. El níquel electrolítico es compatible con una amplia variedad de metales, incluidos el aluminio, el acero y el acero inoxidable.

El proceso de niquelado no electrolítico es un gran desafío. Los problemas comunes incluyen la acumulación de contaminantes en el baño de níquel, el aumento de los niveles de fósforo y la consiguiente reducción de la tasa de revestimiento. Además, una temperatura o un pH incorrectos pueden causar problemas en la calidad del recubrimiento, como picaduras, falta de brillo y rugosidad. El níquel electrolítico no es adecuado para superficies rugosas, irregulares o con mal acabado, y las piezas deben limpiarse de aceite y suciedad antes de iniciar el proceso de revestimiento.

Los diferentes tipos de recubrimientos de níquel químico se clasifican según el porcentaje en peso de fósforo en la aleación. Los diferentes niveles de contenido de fósforo también proporcionan diferentes niveles de resistencia a la corrosión y dureza:

Níquel bajo en fósforo (2 – 4% fósforo): Los depósitos de níquel químico con bajo contenido de fósforo tienen una dureza entre 58 y 62 Rc y son muy resistentes al desgaste. Tiene un alto punto de fusión y buena resistencia a la corrosión en condiciones alcalinas. Los depósitos de níquel químico con bajo contenido de fósforo están sometidos a tensiones de compresión y generalmente son más caros que el níquel con contenido medio y alto de fósforo.

Níquel con fósforo medio (5 – 9 % de fósforo): Los depósitos de níquel con fósforo medio se encuentran entre níquel con bajo contenido de fósforo y níquel con alto contenido de fósforo. Es resistente a la corrosión en ambientes alcalinos y ácidos y tiene una velocidad de deposición rápida (18 a 25 µm por hora). La dureza del recubrimiento de níquel de fósforo medio puede tener cualquier valor entre 45 y 57 Rc, y el recubrimiento puede alcanzar de 65 a 70 Rc mediante tratamiento térmico.

Níquel con alto contenido de fósforo (>10% fósforo): Dado que los depósitos con alto contenido de fósforo del níquel químico son amorfos, las piezas no presentan límites de fase ni granos, lo que mejora su resistencia a la corrosión, lo que las hace ideales para uso en exteriores o en ambientes extremos. El níquel químico con alto contenido de fósforo también ofrece ductilidad, alto espesor y resistencia a las manchas, y hace que el producto final sea más fácil de pulir o soldar.

Galvanizado

Piezas galvanizadas

El galvanizado, o cromato de zinc, es un acabado químico popular que protege los componentes de acero de la humedad y la corrosión. Las piezas galvanizadas brindan una vida útil más larga, una estética mejorada y una apariencia más uniforme. La galvanización también puede cambiar el color de la pieza a azul plateado, amarillo, negro o verde. Otra ventaja importante del galvanizado es que protege la superficie de la pieza durante mucho tiempo: incluso si el revestimiento se raya, el zinc reacciona con la atmósfera y se oxida rápidamente. Sin embargo, debido a que el zinc es químicamente sensible a los ácidos y bases, la galvanización puede no ser adecuada para piezas en ambientes húmedos o extremadamente húmedos.

Conclusión

Las opciones de tratamiento químico de superficies ofrecen una variedad de métodos para lograr la calidad y el nivel de rendimiento deseados de una pieza, pero no todos los procesos de acabado son adecuados para todos los materiales y usos finales. Para determinar qué tratamiento superficial químico es el adecuado para su pieza, necesita una comprensión profunda de factores clave como cuánta resistencia a la corrosión, la fricción y el desgaste necesita la pieza final, el entorno en el que se utilizará y su conductividad deseada. o propiedades aislantes.

Dada la importancia de estas consideraciones, vale la pena buscar un socio fabricante que le ayude a elegir el acabado adecuado y garantizar que ofrezca la mejor calidad y rentabilidad posibles. En AN-Prototype, nuestro equipo experto de maquinistas e ingenieros puede brindar información no solo sobre los procesos de tratamiento químico de superficies, sino también sobre la selección de materiales, herramientas y tecnología CNC adecuada. Si desea obtener más información sobre las opciones de acabado disponibles para su próximo proyecto de mecanizado CNC, contáctenos hoy.

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