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El óxido negro o ennegrecimiento es un recubrimiento de conversión para materiales ferrosos, acero inoxidable, cobre y aleaciones de cobre, zinc , metales en polvo y soldadura de plata . [ 1 ] Se utiliza para añadir una ligera resistencia a la corrosión, para mejorar la apariencia y para minimizar la reflexión de la luz. [ 2 ] Para lograr la máxima resistencia a la corrosión, el óxido negro debe impregnarse con aceite o cera. [ 3 ] La pulverización catódica por magnetrón de doble objetivo (DMS) se utiliza para preparar recubrimientos de óxido negro. [ 4 ] Una de sus ventajas sobre otros recubrimientos es su mínima acumulación. [ 2 ]
Material ferroso
Un óxido negro estándar es el óxido de hierro(II,III) (Fe₃O₄ ) , también conocido por el nombre del mineral que lo compone ( magnetita ); es más estable mecánicamente en la superficie y proporciona mejor protección contra la corrosión que el óxido rojo (óxido de hierro ) Fe₂O₃ . Los métodos industriales modernos para la formación de óxido negro incluyen los procesos a alta y media temperatura que se describen a continuación. Los métodos tradicionales se describen en el artículo sobre el pavonado . Estos métodos tienen interés histórico y también son útiles para que los aficionados formen óxido negro de forma segura con poco equipo y sin productos químicos tóxicos.
El óxido de baja temperatura, que también se describe más adelante, no es un recubrimiento de conversión: el proceso de baja temperatura no oxida el hierro, sino que deposita un compuesto de cobre y selenio.
Óxido negro caliente
Baños calientes de hidróxido de sodio (NaOH), nitratos como el nitrato de sodio ( Na N O3 ), y/onitritoscomoel nitrito de sodio(NaNO2) [ 3 ] a141°C (286°F)se utilizan para convertir la superficie del material enmagnetita(Fe3O4). Se debe agregar agua periódicamente al baño, con controles adecuados para evitar unaexplosión de vapor.
El proceso de ennegrecimiento en caliente consiste en sumergir la pieza en varios tanques. Generalmente, la pieza se transporta mediante sistemas automatizados para su traslado entre los tanques. Estos tanques contienen, en orden, detergente alcalino , agua, hidróxido de sodio a 140,5 °C (284,9 °F) (el compuesto de ennegrecimiento) y, finalmente, el sellador, que suele ser aceite.
El NaOH (sosa cáustica) y la temperatura elevada provocan la formación de Fe₃O₄ ( óxido negro) en la superficie del metal, en lugar de Fe₂O₃ ( óxido rojo ; herrumbre). Si bien es físicamente más denso que el óxido rojo, el óxido negro recién formado es poroso, por lo que se aplica aceite como tratamiento posterior a la pieza calentada, el cual la sella al penetrar en ella. Esta combinación previene la corrosión de la pieza. El ennegrecimiento presenta numerosas ventajas, entre ellas:
- El proceso de ennegrecimiento se puede realizar en grandes lotes, lo cual es ideal para piezas pequeñas.
- No se observa ningún impacto dimensional significativo. El proceso de ennegrecimiento crea una capa de aproximadamente 1 μm de espesor.
- Es mucho más económico que otros sistemas similares de protección contra la corrosión, como la pintura y el galvanizado .
La especificación más antigua y utilizada para el óxido negro en caliente es la MIL-DTL-13924, que abarca cuatro clases de procesos para diferentes sustratos. Otras especificaciones alternativas incluyen la AMS 2485, la ASTM D769 y la ISO 11408.
El cloruro de hierro(III) (FeCl₃ ) también puede utilizarse para el ennegrecimiento del acero sumergiendo una pieza de acero en un baño caliente de una solución de FeCl₃ al 50 % y , posteriormente, en agua hirviendo. El proceso suele repetirse varias veces. [ 5 ]
Óxido negro de temperatura media
Al igual que el óxido negro caliente, el óxido negro a temperatura media transforma la superficie del metal en magnetita (Fe₃O₄ ) . Sin embargo, el óxido negro a temperatura media se ennegrece a una temperatura de 90–120 ° C (194–248 °F) [ 6 ] , significativamente menor que el óxido negro caliente. Esto resulta ventajoso porque se encuentra por debajo del punto de ebullición de la solución, lo que significa que no se producen vapores cáusticos.
Dado que el óxido negro de temperatura media es el más comparable al óxido negro de alta temperatura, también cumple con la especificación militar MIL-DTL-13924, así como con la AMS 2485.
Óxido negro frío
El tratamiento de óxido negro en frío, también conocido como óxido negro a temperatura ambiente, se aplica a una temperatura de 20–30 °C (68–86 °F) . [ 6 ] No se trata de un recubrimiento de conversión de óxido, sino de un compuesto de seleniuro de cobre (Cu ₂Se ) depositado. El óxido negro en frío resulta práctico para el ennegrecimiento interno.
Este recubrimiento produce un color similar al de la conversión de óxido, pero tiende a desgastarse fácilmente y ofrece menor resistencia a la abrasión. La aplicación de aceite, cera o laca mejora la resistencia a la corrosión hasta equipararla con la de los procesos a temperaturas medias y altas. Las aplicaciones del proceso de óxido negro en frío incluyen el acabado de herramientas y estructuras de acero. También se conoce como pavonado en frío. [ 7 ]
Cobre
El óxido negro para cobre convierte la superficie de cobre en óxido cúprico . Para que el proceso funcione, la superficie debe tener al menos un 65 % de cobre; para superficies de cobre con menos del 90 % de cobre, primero se debe aplicar un tratamiento activador. El recubrimiento final es químicamente estable y muy adherente. Es estable hasta 204 °C (400 °F) ; por encima de esta temperatura, el recubrimiento se degrada debido a la oxidación del cobre base. Para aumentar la resistencia a la corrosión, la superficie se puede aceitar, lacar o encerar . También se utiliza como pretratamiento para pintar o esmaltar . El acabado superficial suele ser satinado , pero se puede lograr un acabado brillante aplicando un esmalte transparente de alto brillo. [ 8 ]
A escala microscópica, se forman dendritas en el acabado superficial, las cuales atrapan la luz y aumentan la absortividad . Debido a esta propiedad, el recubrimiento se utiliza en aplicaciones aeroespaciales , de microscopía y otras aplicaciones ópticas para minimizar la reflexión de la luz. [ 8 ]
En las placas de circuitos impresos (PCB), el uso de óxido negro proporciona una mejor adhesión para las capas de laminado de fibra de vidrio. [ 9 ] La PCB se sumerge en un baño que contiene hidróxido, hipoclorito y cuprato , el cual se agota en los tres componentes. Esto indica que el óxido de cobre negro proviene parcialmente del cuprato y parcialmente del circuito de cobre de la PCB. Bajo examen microscópico, no hay capa de óxido de cobre(I).
Una especificación militar estadounidense aplicable es MIL-F-495E. [ 10 ]
Acero inoxidable
El óxido negro en caliente para acero inoxidable es una mezcla de sales cáusticas, oxidantes y de azufre. Ennegrece las series 300 y 400, así como las aleaciones de acero inoxidable 17-4 PH endurecidas por precipitación. La solución puede utilizarse en hierro fundido y acero dulce con bajo contenido de carbono. El acabado resultante cumple con la especificación militar MIL-DTL-13924D Clase 4 y ofrece resistencia a la abrasión. El acabado de óxido negro se utiliza en instrumental quirúrgico en entornos con alta intensidad lumínica para reducir la fatiga ocular.
El ennegrecimiento a temperatura ambiente del acero inoxidable se produce por una reacción autocatalítica del seleniuro de cobre que se deposita sobre la superficie del acero inoxidable. Ofrece menor resistencia a la abrasión y la misma protección contra la corrosión que el proceso de ennegrecimiento en caliente.
Zinc
El óxido negro de zinc también se conoce con el nombre comercial Ebonol Z. [ 11 ]
Véase también
Referencias
- ↑ Óxido negro para metales no ferrosos , archivado del original el 23/01/2010 , consultado el 03/09/2009.
- 1 2 Oberg, Erik Oberg; E. Green, Robert (1996). Manual de maquinaria : un libro de referencia para el ingeniero mecánico, diseñador, ingeniero de fabricación, dibujante, fabricante de herramientas y maquinista (25.ª ed.). Nueva York: Industrial Press. pág. 1444. ISBN 9780831125752.
- 1 2 Oberg, Erik Oberg; E. Green, Robert (1996). Manual de maquinaria : un libro de referencia para el ingeniero mecánico, diseñador, ingeniero de fabricación, dibujante, fabricante de herramientas y maquinista (25.ª ed.). Nueva York: Industrial Press. pág. 1442. ISBN 9780831125752.
- ↑ Green, Julissa. "Las formas de deposición por pulverización catódica" . Objetivos de pulverización catódica . Consultado el 15 de septiembre de 2024 .
- ↑ "Ennegrecimiento del acero y el hierro fundido" . www.finishing.com . Consultado el 3 de julio de 2022 .
- 1 2 "Guía de temperatura de óxido negro de Birchwood Technologies" . www.birchwoodtechnologies.com . Birchwood Technologies. 11 de septiembre de 2020. Archivado del original el 14 de octubre de 2020. Consultado el 13 de octubre de 2020 .
- ↑ "Polvo de seleniuro de cobre (I) - FUNCMATER" . www.funcmater.com . XI'AN FUNCTION MATERIAL GROUP CO., LTD . Consultado el 8 de marzo de 2023 .
- 1 2 Ebonol 'C'Archivado del original el 1 de septiembre de 2009 , consultado el 4 de septiembre de 2009.
- ↑ "Óxido marrón frente a óxido negro, procesos de estañado por inmersión para PCB/PWB" . Archivado del original el 6 de julio de 2011.
- ↑ "Acabado químico negro para aleaciones de cobre" (PDF) . 30 de septiembre de 1988. Consultado el 25 de septiembre de 2012 .
- ↑ Enthone , archivado del original el 17/07/2009 , recuperado el 04/09/2009.
- mezclas químicas
- Recubrimientos
- Prevención de la corrosión