“La oxidación por microarco (MAO) es un proceso de tratamiento de superficies que mejora la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la dureza a través de una capa de óxido similar a la cerámica en la superficie”
Las piezas fabricadas requieren una acabado de la superficie para mejorar la apariencia y proteger los materiales subyacentes de las condiciones ambientales y operativas. Entre los muchos métodos de tratamiento y recubrimiento protector, Oxidación por microarco Se utiliza para materiales no ferrosos para formar una fina capa de óxido en el material del sustrato. Esta capa de óxido dura, resistente al desgaste y a la corrosión mejora la vida útil del producto.
El proceso de recubrimiento MAO se basa en una operación electroquímica y un tratamiento de chispas con corriente eléctrica de alto voltaje. Puede aplicarse la oxidación por microarco a aluminio, zinc, magnesio, titanio, cobre, etc.
En este artículo explicaremos qué es la oxidación por microarco, su proceso, ventajas y aplicaciones.
¿Qué es la oxidación por microarco?
Este tratamiento de superficie metálica también se conoce como oxidación electrolítica del plasma, Un proceso de desarrollo de capas de óxido de material de sustrato mediante tratamiento electroquímico y de plasma. El proceso utiliza alto voltaje (hasta 600 V) que genera un arco de plasma en electrodos de la pieza de trabajo que refina la capa de óxido formada hasta convertirla en una superficie más resistente. Esta capa de óxido endurecida crece en ambas direcciones: hacia adentro y hacia afuera.
Acabado de oxidación por microarco
El recubrimiento de óxido cristalino con oxidación por microarco aumenta la vida útil del producto de 2 a 4 veces. Actúa como barrera frente a factores externos, humedad, exposición a productos químicos, fluctuaciones de temperatura, etc. El recubrimiento MAO también permite la impregnación de diferentes tintes y colores para personalizar la apariencia.
Diferentes industrias, automotriz, aeroespacial, militar, agrícola, etc. utilizan la oxidación por microarco para hacer que sus componentes livianos sean altamente resistentes a la corrosión y al desgaste, mejorando la vida del producto y fiabilidad. El espesor de este recubrimiento de óxido endurecido varía en micrómetros, por ejemplo, 20, 40 o 60 µm y más. Además, la dureza de la superficie se puede lograr en el rango de 1500-2000 HV, mientras que puede alcanzar rugosidad de la superficie (Ra) de 20 µm o inferior.
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El principio de funcionamiento de la oxidación por microarco
El funcionamiento de la oxidación por microarco se basa en reacciones electroquímicas y tratamiento con arco de plasma. Primero, la electrólisis forma una capa de óxido. Luego, el arco de plasma de alto voltaje cristaliza la capa de óxido. Por lo tanto, se puede comparar con los procesos de anodizado, excepto por el tratamiento con plasma de alto voltaje. Desarrolla el óxido metálico de la misma manera que lo hace el anodizado y la configuración también es similar.
Funcionamiento del proceso de oxidación por microarco
La configuración de MAO:
- Fuente de alimentación: Fuente de alimentación CA/CC de alto voltaje y alta frecuencia
- Electrólito: Soluciones electrolíticas acuosas (a menudo a base de silicato)
- Ánodo: Pieza de trabajo (aleación de aluminio, titanio, magnesio, etc.)
- Cátodo: Contraelectrodo (normalmente de acero inoxidable o grafito)
- Sistema de control: Monitorización y ajuste por ordenador de parámetros, tensión, corriente, tiempo, etc.
- Tanque de proceso: Fabricado con materiales químicamente inertes y resistentes como acero duro revestido o cerámica.
A continuación, se detallan los pasos involucrados en el funcionamiento de la oxidación electrolítica de plasma o la oxidación por arco metálico;
Paso 1: Proceso de oxidación del metal
En la primera etapa, las piezas de trabajo desengrasadas y limpiadas a fondo se sumergen en el baño electroquímico. Conectar la pieza de trabajo como ánodo y el electrodo secundario como cátodo. Cuando se conecta la fuente de alimentación (aprox. 200 V), se produce la reacción anódica;
El metal pierde electrones y forma iones metálicos durante el proceso de oxidación.
Tomemos como ejemplo el aluminio:
Oxidación anódica del aluminio: Al→Al3++3e-
Luego, la solución electrolítica se descompone y forma oxígeno (O2). El ion metálico de aluminio reacciona con el oxígeno libre y crea una capa de óxido de aluminio;
2Al3++3O2−→Al2O3
Mientras tanto, el espesor de la capa de óxido depende de factores como el voltaje aplicado, la corriente, el tiempo de procesamiento, el tipo de electrolítico y el tipo de material.
Paso 2: Proceso de descarga de plasma
A medida que aumenta el voltaje, la temperatura aumenta y se crea una descarga en el ánodo (pieza de trabajo) o temperatura alta. El arco de plasma descargado se extiende por la superficie de la pieza de trabajo y cristaliza la capa de óxido.
Este proceso de alta presión y temperatura elimina las irregularidades superficiales y grietas de espesor que pudieran presentarse en la capa anodizada. Además, la dureza resultante puede variar en función de variables como el voltaje, espesor de la capa de óxido, etc.
Paso 3: Incorporación de elementos electrolíticos
Este es el paso en el que se pueden personalizar las propiedades del recubrimiento de oxidación por microarco. Esto significa rellenar los elementos electrolíticos en la superficie porosa de la pieza de trabajo tratada. Se pueden impregnar colores personalizados y otros aditivos que mejoran el rendimiento. Esta incorporación es permanente y no se desvanece con el tiempo.
¿Cuáles son las ventajas de la oxidación por microarco?
Las siguientes son las principales ventajas del acabado de oxidación por microarco.
- Cobertura completa
A diferencia de los recubrimientos metálicos convencionales, la oxidación electrolítica por plasma crea un recubrimiento uniforme en socavadura, canales, ranuras, esquinas y bordes. De esta manera, se obtienen propiedades protectoras uniformes en todo el componente.
- Alta tolerancia a la tensión
La microestructura cristalina de la oxidación electrolítica de plasma proporciona una alta dureza. Esta estructura elimina las deformaciones térmicas o el estrés mecánico, lo que proporciona tolerancia a las manchas. Como resultado, aumenta la resistencia al desgaste superficial y al agrietamiento de sus piezas.
- Resistencia superior a la corrosión
La superficie de recubrimiento MAO, similar a la cerámica y químicamente inerte, mejora significativamente la resistencia a la corrosión incluso en entornos hostiles. Además, puede personalizarse aún más para crear capas de óxido más gruesas según las condiciones en las que estarán expuestas las piezas. Por lo tanto, también puede ser una opción adecuada para el pretratamiento de recubrimientos protectores adicionales.
- Propiedades dielectricas
La superficie oxidada por microarco muestra las propiedades dieléctricas de la superficie del sustrato, que se pueden lograr controlando el espesor de la capa de óxido durante el proceso. Puede alcanzar una resistencia a la ruptura dieléctrica de hasta 79 kV/mm.
- Barrera térmica
La inclusión de silicatos en el proceso de recubrimiento por oxidación por arco puede producir recubrimientos ricos en mullita, lo que actúa como una barrera térmica eficaz, lo que lo hace ideal para recubrir componentes metálicos en aplicaciones de alta temperatura.
¿Cuáles son las variables del proceso en la oxidación por microarco?
Las características finales de la capa oxidada por arco de plasma dependen en gran medida de las variables del proceso, desde el voltaje y la frecuencia hasta el pH del electrolito. El aprovechamiento de la personalización de estos métodos de tratamiento de superficies está directamente relacionado con la optimización de las variables del proceso.
A continuación se presenta un breve resumen de las variables clave del proceso de oxidación por microarco;
Composición del electrolito
¿Qué tipo de soluciones electrolíticas se utilizan? ¿Cuál es la concentración de sales, ácidos y otros aditivos? ¿Cuál es la temperatura del electrolito? ¿Cuál es el nivel de pH del electrolito? Todos estos factores indican la composición del electrolito e influyen directamente en las propiedades finales de la capa de oxidación del microarco.
Tensión y densidad de corriente
El voltaje de suministro y la densidad de corriente son fundamentales para iniciar y mantener las descargas de plasma que forman la capa de óxido. Un voltaje y una densidad de corriente más altos provocan un rápido aumento del espesor del revestimiento.
Modo y frecuencia de pulso
En primer lugar, el ciclo de trabajo de los pulsos afecta la microestructura, la porosidad y las propiedades mecánicas del revestimiento. En segundo lugar, la corriente de alta frecuencia forma una capa uniforme. Por lo tanto, optimice el modo y la frecuencia de los pulsos.
Tiempo de procesamiento
¿Cuánto dura el proceso de tratamiento? Cuanto más tiempo se prolongue el tratamiento, más gruesas serán las capas de revestimiento. Sin embargo, un tiempo excesivo puede provocar una alta porosidad y microfisuras.
Material de la pieza de trabajo
Es posible que los distintos metales requieran ajustes específicos en las variables del proceso para lograr resultados óptimos. Por ejemplo, el voltaje óptimo para las aleaciones de aluminio es de 300 a 500 V, mientras que para las aleaciones de magnesio es de 500 a 700 V.
¿Qué materiales se pueden revestir con revestimiento MAO?
Oxidación por microarco en la superficie del aluminio
El recubrimiento MAO es compatible con varios metales y aleaciones, como aluminio, magnesio, titanio, etc. La siguiente tabla destaca los metales y aleaciones clave con su breve descripción;
| aleaciones | grados | Propiedades clave | Ejemplos de aplicación |
| Aleaciones de aluminio | 6061, 7075, 2024 | Material de bajo peso con conductividad térmica y eléctrica. | Piezas aeroespaciales y de automoción, carcasas electrónicas, intercambiadores de calor, etc. |
| Aleaciones de magnesio | AZ31B, AZ91D | Ligero y de alta resistencia | Carcasas para electrónica, herramientas eléctricas, equipamiento deportivo. |
| Aleaciones de titanio | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo | Alta resistencia, excelente resistencia a la corrosión, biocompatibilidad. | Componentes aeroespaciales, aplicaciones marinas, equipos de procesamiento químico, etc. |
| Niobio | C-103, Nb-1Zr | Alto punto de fusión, excelente resistencia a la corrosión, superconductividad. | Superconductores, toberas de cohetes, implantes médicos, etc. |
| Aleaciones de cobre | C11000 C17200 | Excelente conductividad eléctrica, buena conductividad térmica, resistencia a la corrosión. | Intercambiadores de calor, componentes de plomería, artículos arquitectónicos. |
Aplicaciones de la oxidación por microarco en aleaciones de magnesio
¿Sus productos de magnesio son similares a los ejemplos de aplicación que se muestran a continuación (sin limitarse a ellos)? En caso afirmativo, el recubrimiento por oxidación por microarco es una opción viable para el acabado de superficies metálicas.
Industria automotriz:
Las capas de óxido tratadas con MAO son adhesivas y resistentes al medio ambiente. Por lo tanto, los componentes del motor sometidos a altas temperaturas y a altas tensiones suelen recubrirse con oxidación por arco metálico. Además, se pueden acabar con texturas superficiales específicas o conductividad térmica.
● Bloques de motor de automóviles
● Conjuntos de transmisión
●Tapa de la culata
●Componentes del volante
● Brazos de suspensión
Industria aeroespacial:
La resistencia a la fatiga de los componentes de magnesio se puede mejorar mediante el proceso MAO, lo cual es fundamental para la industria aeronáutica. Además, este recubrimiento ayuda a prevenir la degradación del material en entornos adversos. Es adecuado tanto para elementos estructurales como no estructurales de la industria aeroespacial.
●Carcasas de cajas de engranajes de aeronaves
●Componentes de las palas del rotor
●Soportes estructurales
●Paneles satélite
●Carcasas para el tren de aterrizaje
Industria electrónica
El MAO puede proteger los productos electrónicos contra la humedad extrema o la exposición a contaminantes. También aporta resistencia a los rayones y estética a estos aparatos. Se utiliza en teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y tabletas.
●Carcasas para portátiles
●Marcos para smartphones
●Carcasas para tabletas
● Cuerpos de cámaras
●Carcasas para dispositivos portátiles
Industria médica:
Los recubrimientos favorecen la adhesión y proliferación celular para la integración con los tejidos circundantes, lo que resulta beneficioso para los implantes médicos. Además, el proceso MAO hace que los componentes médicos sean antimicrobianos.
●Implantes dentales
●Tornillos para huesos
● Implantes ortopédicos
●Dispositivos de fijación temporal
●Instrumentos quirúrgicos
Industria del deporte
El uso repetitivo es esencial para los equipos deportivos, ya que la capa de óxido duro que se forma durante la MAO proporciona una excelente resistencia a la abrasión y al impacto para lograr la durabilidad deseada. Además, la capacidad de crear una textura de superficie personalizada beneficia su estética.
● Cuadros de bicicleta
●Marcos de raquetas de tenis
●Cabezas de palos de golf
●Carretes de pesca
●Fijaciones de esquí
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Otros tipos de procesos de acabado de superficies
La oxidación por microarco es comparable con otras dos tipos de acabados superficiales, anodizado y enchapado de metal. Sin embargo, el MAO es superior a ellos en términos de resistencia al desgaste y durabilidad.
Recubrimiento MAO vs otros acabados
- MAO: Utiliza alto voltaje para crear descargas de plasma en un electrolito, formando una capa de óxido gruesa y dura sobre metales ligeros como el aluminio y el titanio.
- Anodizado: Es un Proceso electroquímico de menor voltaje que produce una fina capa de óxido. La capa mejora la resistencia a la corrosión y permite diversas opciones de coloración.
- Chapado de metal: Se refiere a la deposición de una capa de metal sobre un sustrato mediante galvanoplastia o métodos no electrolíticos. Este acabado ofrece distintos grados de resistencia a la corrosión, dureza y atractivo estético.
Recapitulación
La resistencia al desgaste y la durabilidad de las piezas metálicas se pueden aumentar significativamente con la oxidación electrolítica por plasma (u oxidación por microarco). Esta técnica de acabado cubre de manera integral todas las áreas de la superficie del componente de manera uniforme. La capa de óxido cristalino puede adaptarse a colores personalizados y otros aditivos que mejoran las propiedades. En general, es ideal para el acabado de piezas que estarán expuestas a aplicaciones de alto rendimiento o entornos hostiles.
En Boda, ofrecemos soluciones integrales servicios de acabado, que incluye oxidación por microarco, anodizado, recubrimiento de metal y pulido. Nuestras instalaciones de acabado están equipadas con maquinaria avanzada y nuestros ingenieros pueden lograr superficies personalizadas según sus especificaciones.
Preguntas Frecuentes
¿Por qué el proceso de oxidación por microarco también se denomina oxidación electrolítica de plasma?
La oxidación por microarco (MAO) también se denomina oxidación electrolítica por plasma (PEO) porque implica la creación de una descarga de plasma en una solución electrolítica. Esta descarga genera una alta energía para formar una capa de óxido en la superficie del material.
¿Cómo funciona el proceso de oxidación por microarco?
Su mecanismo de funcionamiento se basa en el principio de descarga electroquímica y de plasma. Un alto voltaje aplicado a un sustrato metálico sumergido en un electrolito crea microarcos o descargas de plasma. Luego, oxida la superficie del metal, creando un recubrimiento duro y resistente a la corrosión.
¿Cuándo utilizar el recubrimiento MAO?
Es ideal para recubrir componentes metálicos expuestos a entornos hostiles, como aplicaciones aeroespaciales, automotrices e industriales.
¿Puedo aplicar el recubrimiento oxidado Micro-Arc en cualquier material?
Se aplica principalmente a metales ligeros como el aluminio, el titanio y el magnesio. No son adecuados para metales ferrosos debido a las diferencias en las propiedades químicas y físicas.