Metalizacin de Plsticos e Implantacin Inica

Alumnos: Chuquimango Ypez , Cristian Palomino Vera, Frank Quispe Lujn, Kevin Sevillano Cueva, Cristhian

Metalizado de PlsticosEs el proceso mas apropiado cuando se requiere un buen comportamiento de las piezas metalizadas en condiciones de trabajo continuo. Esto se logra con plsticos que presenten buena capacidad de metalizado.

Reflector de plstico metalizado

Metalizado Qumico de Plsticos

El metalizado de plsticos por va qumica, comprende dos fases: Tratamiento qumico (sin corriente) Metalizado electroltico.

Para poder galvanizar los plsticos es preciso crear un contacto elctrico con el bao galvnicoSlo es posible mediante una superficie metlica sobre el plstico.La pelcula metlica puede aplicarse sin corriente a partir de una solucin de sales metlicas

El tratamiento qumico comprende una serie de etapas, que tienen por finalidad hacer conductora la superficie plstica.

Estas etapas son las siguientes

ACONDICIONAMIENTO DEL POLMEROSENSIBILIZACINACTIVACIN METALIZADO QUMICO AUTOCATALTICO

Sin embargo el metalizado electroltico tiene por objeto aumentar el espesor de la capa metlica que se obtiene en la fase anterior, hasta un valor final que depende del uso para el cual se destine la pieza. Capa del tratamiento. Qumico

Capa del Metalizado

ETAPAS DEL TRATAMIENTO QUMICO (SIN CORRIENTE):A) Acondicionamiento del polmeroEl objetivo del acondicionamiento, es modificar la superficie de los plsticos, con el fin de lograr la adherencia de un depsito metlico. La adherencia del metal a la superficie plstica se explica por fenmenos moleculares y de anclaje mecnico.

El primero involucra energas libres, enlaces moleculares tipo Van der Waals, puentes interatmicos y enlaces covalentesEl segundo involucra una unin mecnica tipo botn de presin. Estos fenmenos ocurren debido al ataque qumico directo de un bao mordiente; cuyos objetivos son los siguientes:

Formar microcavidades ramificadas hacia el interior de la pieza, las que constituirn puntos de anclaje para el recubrimiento metlico.Formar en el interior de dichas cavidades una serie de grupos polares, capaces de originar enlaces entre el sustrato plstico y el metal.

Los factores que aseguran el xito del mordentazo son: el tipo de plstico, condiciones del mismo y la composicin del bao mordiente.

B) SensibilizacinPara llevar a cabo el primer paso o sensibilizacin, se usa generalmente una solucin de cloruro estaoso cuya composicin tpica es:Cloruro estaoso 10-30 g/l Acido clorhdrico 60g/l Se coloca un nodo remanente de estao metlico dentro del bao. Cuando los objetos se sensibilizan los compuestos de estao se hidrolizan y forman un gel adherente sobre la superficie plstica, segn la reaccinSnCl2 + H2O Sn(OH)Cl + HCl o SnCl2 + 2H2O Sn(OH)2 + 2 HCl

Los productos gelificados son los responsables de la nucleacin superficial que sirven como etapa previa de activacin y representa con ella la base de partida para el metalizado sin corriente

Los activadores tienen por misin catalizar la formacin del depsito metlico en los puntos de la superficie que han sido sensibilizados. Las piezas de plstico sensibilizadas se sumergen en una solucin de plata amoniacal obtenida de modo que este exenta de turbiedad. Al contacto con esta solucin de plata, los iones plata se reducen a plata metlica; los grmenes de plata se distribuyen finamente sobre la pieza de plstico.

Durante el proceso se desarrollan en las microcavidades.

Sn+2 + 2Ag+ Sn+4 + Ag0

Sobre esos ncleos de plata metlica donde posteriormente se depositara catalticamente el cobre. Puede anotarse como caracterstica favorable de la plata como material cataltico. La habilidad de formar; en algunos casos, sobre la superficie del polmero una delgada y uniforme pelcula de color pardo claro que puede servir de control visual. Este efecto es muy visible, por ejemplo, en los tipos completamente blancos de ABS. La uniformidad de tal pelcula es iniciativa de una sensibilizacin y activado adecuados. Este control visual es una ventaja, pues permite retirar las piezas defectuosas en las primeras fases de la elaboracin

D) Cobreado qumicoEs la deposicin de una pelcula de cobre sobre la superficie plstica previamente sensibilizada y activada. Esta etapa consiste en la reduccin mediante formaldehido de una solucin de feheling.

Las reacciones qumicas producidas en la deposicin del cobre sin corriente, se basa en el poder reductor del formaldehido as como de la sal de Rochelle.

El CuSO4 con el Na(OH) forma Cu(OH)2, que queda disuelto, con color azul intenso, en el complejo orgnico que se forma con el tartrato doble de sodio y potasio KNaC4H4O6.

Cu2+ + 2 OH- Cu(OH)2

Cu(OH)2 + C4H4O62- Cu(C4H4O6)22- +2OH-

En esta solucin el cobre se encuentra en su mayor parte, como anin complejo.La constante de disociacin para los iones libres de cobre, es muy pequea y, por tanto, la concentracin absoluta de los iones muy baja.

Cu(C4H4O6)22- + HCHO Cu(S) + HCOOH + O2(g)

El rol de la sal de rochelle en estas reacciones es muy importante porque cumple una doble funcin:

1.- Regula la concentracin de iones libres de cobre dando lugar a la deposicin de pelculas de cobre fuertemente adheridas.2.- Por ser agente reductor ayuda a la reduccin completa del in Cu2+ hasta Cu metlico con desprendimiento de oxigeno.

Existen varias teoras respecto al mecanismo de estas reacciones, pero en la actualidad es difcil de pronunciarse por una de ellas, en virtud de que desconocemos los mecanismos reales.

La velocidad de reduccin producida tanto por el formaldehdo como por la sal de rochelle es muy dependiente del pH, de forma que para ajustar una velocidad de deposicin deseada es preciso mantener un valor de pH lo ms constante posible. Las deposiciones de fina cristalinidad indispensables para el posterior engrosamiento de las capas metlicas se consiguen a valores de pH de 11 a 13.

A valores de pH inferiores a 7, la reduccin del in cobre desciende muy fuertemente hacindose nula.

Una cuestin importante es el ajuste de temperatura. Si se sobrepasa la temperatura de 30C, se descompone el bao como consecuencia de la descomposicin del complejo tartrato cprico.

Metalizado ElectrolticoLos plsticos metalizados por va qumica se manejan, como piezas metlicas y se pueden depositar sobre ellos diversos recubrimientos electrolticos como por ejemplo la serie cobre-nquel brillante-cromo y aleaciones diversas.

Cobreado cido o Brillante

El cobreado cido se efecta a partir de una solucin que consiste fundamentalmente en sulfato de cobre y cido sulfrico.La presencia del cido sulfrico es esencial, pues evita la formacin de precipitados de sales bsicas de cobre y tambin aumenta la ionizacin. Comnmente, se utilizan densidades de corriente de 2 a 6,5 amperios por dm2.Las soluciones de cobre trabajan usualmente a temperatura ambiente, aunque a veces se utilizan temperaturas hasta de 50 C.

Los contaminantes ms comunes en los baos al sulfato provienen de la descomposicin de los abrillantadores (orgnicos), o por impurezas metlicas (sales con impurezas, cubas metlicas con recubrimiento defectuoso, etc.)

Celda electroltica de cobreado cido

En el bao electroltico, se encuentra: CuSO4 Cu2+ + SO4 2- H2SO4 2H+ + SO4 2- + H2O En el ctodo: Cu2+ + 2e- Cu0 2H+ + 2e- H2En el nodo (cobre): Cu Cu2+ + 2e- 2H2O 4H+ +O2+ 4e-

Niquelado Electroltico Brillante

Los niquelados decorativos se logran de un electrolito conteniendo agentes de adicin orgnicos de diversos tipos.Este proceso se lleva a cabo mediante una corriente continua aplicada a los electrodos, lo cual disocia en iones las sales contenidas en la solucin.Es necesario, no obstante, tener presentes en la solucin ciertos agentes reductores y compuestos qumicos para favorecer la disolucin de los nodos y para hacer la solucin ms conductora.

Celda electroltica de Nquel

En la solucin: NiSO4(ac) Ni2+ + SO42+ NiCl2(ac) Ni2+ + 2Cl - H2SO4(ac) 2H+ + SO42- H2BO4(ac) 3H+ + BO43 - Reacciones en el ctodo: Ni 2+ +2e- Ni0 2H+ + 2e- H2Reacciones en el nodo: Ni Ni2+ + 2e- 2H2O 4H+ +O2+ 4e-

Cromado electroltico

El cromado se efecta, mediante una solucin de cido crmico que contiene una pequea pero bien determinada proporcin de sulfato, cido sulfrico generalmente, al que se aade a veces cierta cantidad de sulfato sdico.

Celda electroltica de cromo. E: electrolito, B: ctodo, A: nodo

Bao: CrO3 + 2H2O H2CrO4 + H2O H2SO4 + H2O SO42- + 2H+ + H2O1. Reacciones en el ctodo 4H+ + 4e- 2H2 Cr6+ + 6e- Cr0 ------------------------------------------------------- Cr6+ +4H+ +10 e- Cr0 + 2H2 2. Reacciones en el nodo Como los nodos son (inertes) de plomo estaoso, entonces ocurre: 2H2O 4H+ + O2 + 4e-3. En la solucin CrO42- Cr6+ + 4O2-

El acido crmico (H2CrO4 ) se disocia considerablemente formando cationes cargados positivamente (Cr6+ ), que se encuentra en la solucin.

Al aplicar un potencial a los electrodos en la solucin, los cationes cargados positivamente ( Cr6+) emigran hacia al ctodo y se depositan como (Cr0), y los iones negativos ( OH-,SO42-) se mueven hacia el nodo.

En consecuencia se lleva menos cromo al ctodo, la capa de solucin en la superficie del ctodo, conocida como pelcula catdica la cual se hace mas dbil en iones cromo

Introduccin:IMPLANTACIN INICA

SuperficiesRegin mas sensible a agresiones del entorno- Desgaste- Friccin- Corrosin- OxidacinSuperficie fotografiada con HREM

Desgaste:Abrasivo Adhesivo

Desgaste Adhesivo

Modificacin SuperficialLas soluciones de la ingeniera avanzada de superficies pasa por modificar la composicin y estructura superficial de los materiales tratados ya sea por medio de un recubrimiento o mediante la introduccin de nuevos elementos dentro de la superficie.

Si la energa es muy baja (10 Voltios de aceleracin) los tomos se depositan en superficie, crendose un recubrimiento. Si la aceleracin es mayor (500 Voltios) predomina un proceso de pulverizacin de la superficie conocido como Sputtering. Puede ser til para limpieza superficial o para evaporar materiales para recubrimientos. Finalmente, a energas mucho mayores (100.000 Voltios), los tomos penetran dentro de la superficie incrustndose a una profundidad de muchas capas atmicas. Implantacin Inica

Implantacin InicaPor ejemplo, los iones de Nitrgeno acelerados con 100.000 Voltios se mueven en el vaco a una velocidad de 1.170 Km/s y al chocar contra una superficie de Acero se incrustan alcanzando profundidades de hasta 0,2 micras. Este es el proceso que conocemos como implantacin inica.

Proceso de Ionizacin

Un equipo de implantacin inica consta de: a) Una fuente de iones (un dispositivo capaz de producir cantidades suficientes de determinados tipos de iones). b) Una o dos etapas de aceleracin y focalizacin (diferencias de potencial del orden de 100.000V). c) Un imn separador de masas (potente electroimn capaz de separar unos elementos de otros segn su masa atmica). d) Una cmara de tratamiento (Cmara de alto vaco donde se colocan las piezas cuya superficie hay que tratar, normalmente provista de algn sistema de manipulacin para orientar y mover las piezas durante el tratamiento

Proceso de Ionizacin

Superficies ImplantadasLa implantacin inica produce cambios de composicin y estructura que tienen como consecuencia aumento de la resistencia al desgaste adhesivo, desgaste abrasivo no muy severo, friccin y corrosin.

Aplicaciones de Implantacin InicaMoldes de inyeccin de plstico: aumento de la vida de hasta 4 veces mediante la implantacin de cromo. tiles para la fabricacin de envases metlicos: Aumento de hasta 5 veces mediante la implantacin de nitrgeno en troqueles, pinzones y matrices. Prtesis de cadera o rodilla: Aumenta la vida de mas de 10 veces en prtesis de aleacin Ti6A14V.

Molde de inyeccin de plsticoTroqueles para envases metlicos.

Implantacin inica de nitrgenoLa mayora de los problemas de desgaste de las herramientas tratadas por implantacin inica se solucionan mediante la implantacin de iones de Nitrgeno (14N+ 14N2+). La implantacin de Nitrgeno en estos materiales produce:Creacin de esfuerzos compresivos en las primeras capas superficiales. Formacin de precipitados de Nitruros duros. Inhibicin del movimiento de dislocaciones. Estabilizacin de las capas finas superficiales de xido metlico. Estos mecanismos se combinan para incrementar la dureza superficial (hasta un rango de media micra de profundidad) y limitar los mecanismos de desgaste adhesivo.

Implantacin inica de cromo

La resistencia a la corrosin de los aceros de herramientas puede aumentar considerablemente mediante la implantacin de iones de Cromo (52Cr+). El efecto principal de este tratamiento es la re-aleacin de las primeras dcimas de micra del acero, aumentando su contenido en Cromo hasta el 30%. Se crea as una superficie pasivada de xido de Cromo que aumenta la resistencia a la corrosin.

Ventajas- Aumenta la vida til de 5 a 10 veces, segn la aplicacin.- No produce cambio alguno en el acabado superficial respetando los pulidos o texturas iniciales.- Baja temperatura,150C, no produce deformaciones, revenidos, etc.- Extremadamente controlable.- Puede limitarse selectivamente.- Muy verstil.- Medioambientalmente limpio.

LimitacionesEs una tcnica de lnea recta, lo que quiere decir que no se pueden tratar dos componentes a la vez, sino que hay que hacerlo secuencialmente. Adems, las partes de la superficie ocultas a la incidencia del haz de iones no pueden ser tratadas, y los interiores de cavidades donde el haz entra rasante tampoco se benefician de la implantacin.Es una tcnica de alto vaco lo que significa altas inversiones en equipos y mantenimiento, tiempos muertos de carga y descarga y limitaciones de volumen dependiendo del tamao de la cmara de tratamientos.Es una tcnica para problemas de temperatura media o baja: si la superficie tratada sobrepasa los 400O 500O C, el tratamiento deja de ser eficaz.No es adecuada para problemas severos de desgaste o corrosin, ni, por supuesto, para problemas de rotura.

Limitaciones

No admite rectificados posteriores a la implantacin: destruiran el tratamiento La implantacin debe ser siempre el tratamiento final.Poca penetracin de los iones (normalmente inferior a 1 pm).Posee relativamente un alto coste de inversin del equipo.Proceso de alta tecnologa, precisa de una operacin y mantenimiento especializado.Algunos parmetros del proceso se encuentran an en desarrollo.Es un proceso aun no conocido totalmente por la industria.

GRACIAS