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Oxidación electrolítica de plasma

La oxidación electrolítica por plasma ( PEO ), también conocida como oxidación electrolítica por plasma ( EPO ) u oxidación por microarco ( MAO ), es un proceso de tratamiento s...

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La oxidación electrolítica por plasma ( PEO ), también conocida como oxidación electrolítica por plasma ( EPO ) u oxidación por microarco ( MAO ), es un proceso de tratamiento superficial electroquímico para generar recubrimientos de óxido en metales . Es similar a la anodización , pero emplea potenciales más altos , de modo que se producen descargas [ 1 ] y el plasma resultante modifica la estructura de la capa de óxido. Este proceso se puede utilizar para obtener recubrimientos de óxido gruesos (decenas o cientos de micrómetros), en gran parte cristalinos , en metales como el aluminio , el magnesio [ 2 ] y el titanio . Debido a que pueden presentar una alta dureza [ 3 ] y una barrera continua, estos recubrimientos pueden ofrecer protección contra el desgaste , la corrosión o el calor, así como aislamiento eléctrico .

Una superficie típica de PEO sobre aluminio, vista en un microscopio electrónico de barrido (SEM) .
Un tambor de cabrestante de yate en proceso de tratamiento PEO. Abajo: un tambor de cabrestante terminado e instalado en un yate.

El recubrimiento consiste en la conversión química del metal base en su óxido , y crece tanto hacia el interior como hacia el exterior desde la superficie metálica original. Debido a que crece hacia el interior del sustrato, presenta una excelente adherencia al metal base. Se puede recubrir una amplia gama de aleaciones de sustrato, incluidas todas las aleaciones de aluminio forjado y la mayoría de las aleaciones fundidas, aunque los altos niveles de silicio pueden reducir la calidad del recubrimiento.

La morfología y composición del recubrimiento resultante de la oxidación electrolítica por plasma depende en gran medida de los parámetros de PEO, incluyendo el voltaje, la densidad de corriente y la solución electrolítica empleada. [ 4 ]

Proceso

Metales como el aluminio forman naturalmente una capa de óxido pasivante que proporciona una protección moderada contra la corrosión. Esta capa se adhiere fuertemente a la superficie del metal y se regenera rápidamente si se raya. En el anodizado convencional , esta capa de óxido se forma en la superficie del metal mediante la aplicación de un potencial eléctrico , mientras la pieza se sumerge en un electrolito ácido .

En la oxidación electrolítica por plasma, se aplican potenciales más altos. Por ejemplo, en la oxidación electrolítica por plasma del aluminio, se deben aplicar al menos 200 V. Esto supera localmente el potencial de ruptura dieléctrica de la película de óxido en crecimiento, y se producen descargas . Estas descargas dan lugar a reacciones de plasma localizadas, con condiciones de alta temperatura y presión que modifican el óxido en crecimiento. Los procesos incluyen fusión, flujo fundido, resolidificación, sinterización y densificación del óxido en crecimiento. Uno de los efectos más significativos es que el óxido se convierte parcialmente de alúmina amorfa a formas cristalinas como el corindón (α-Al₂O₃ ) , que es mucho más duro. [ 3 ] Como resultado, se mejoran las propiedades mecánicas como la resistencia al desgaste y la tenacidad .

Equipo utilizado

La pieza que se va a recubrir se sumerge en un baño de electrolito , que generalmente consiste en una solución alcalina diluida como KOH. Se conecta eléctricamente para convertirse en uno de los electrodos de la celda electroquímica , mientras que el otro "contraelectrodo" suele estar hecho de un material inerte como el acero inoxidable y, a menudo, consiste en la propia pared del baño.

Entre estos dos electrodos se aplican potenciales superiores a 200 V. Estos pueden ser corriente continua (CC) continua o pulsada (en cuyo caso la pieza es simplemente un ánodo en funcionamiento con CC), o pulsos alternos ( corriente alterna o funcionamiento bipolar pulsado) donde el contraelectrodo de acero inoxidable podría estar simplemente conectado a tierra .

Propiedades del recubrimiento

Una de las características más notables de los recubrimientos electrolíticos de plasma es la presencia de microporos y grietas en la superficie del recubrimiento. [ 2 ] Los recubrimientos de óxido electrolítico de plasma se caracterizan generalmente por su alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión. Sin embargo, las propiedades del recubrimiento dependen en gran medida del sustrato utilizado, así como de la composición del electrolito y del régimen eléctrico empleado (véase la sección «Equipo utilizado», más arriba).

Incluso en el aluminio, las propiedades del recubrimiento pueden variar considerablemente según la composición exacta de la aleación . Por ejemplo, los recubrimientos más duros se pueden obtener en aleaciones de aluminio de la serie 2XXX, donde se forma la mayor proporción de corindón en fase cristalina (α-Al₂O₃ ) , lo que resulta en durezas de ~2000 HV , mientras que los recubrimientos en la serie 5XXX tienen menos de este importante componente y, por lo tanto , son más blandos. El profesor TW Clyne de la Universidad de Cambridge está llevando a cabo un extenso trabajo para investigar los procesos físicos eléctricos y de plasma fundamentales [ 1 ] involucrados en este proceso, habiendo dilucidado previamente algunas de las características micromecánicas [ 3 ] (y de arquitectura de poros [ 5 ] ), mecánicas [ 3 ] y térmicas [ 6 ] de los recubrimientos PEO.

Referencias

  1. 1 2 Dunleavy, CS; Golosnoy, IO; Curran, JA; Clyne, TW (2009). "Caracterización de eventos de descarga durante la oxidación electrolítica por plasma" (PDF) . Surface and Coatings Technology . 203 (22): 3410. doi : 10.1016/j.surfcoat.2009.05.004 .
  2. 1 2 Ibrahim, H.; Esfahani, SN; Poorganji, B.; Dean, D.; Elahinia, M. (enero de 2017). "Aleaciones reabsorbibles para fijación ósea, formación y tratamientos posteriores a la fabricación" . Materials Science and Engineering: C. 70 ( 1): 870–888 . doi : 10.1016/j.msec.2016.09.069 . PMID 27770965 . 
  3. 1 2 3 4 Curran, J; Clyne, T (2005). "Propiedades termofísicas de recubrimientos de óxido electrolítico de plasma sobre aluminio". Surface and Coatings Technology . 199 ( 2– 3): 168. doi : 10.1016/j.surfcoat.2004.09.037 .
  4. ↑ Echeverry-Rendon, Monica; Duque, Valentina; Quintero, David; Robledo, Sara M; Harmsen, Martin C; Echeverria, Felix (2018). "Mejora de la resistencia a la corrosión del magnesio comercialmente puro tras su modificación mediante oxidación electrolítica por plasma con aditivos orgánicos" . Journal of Biomaterials Applications . 33 (5): 725– 740. doi : 10.1177/0885328218809911 . ISSN 0885-3282 . PMC 6247453. PMID 30444445. Consultado el 28 de mayo de 2025 .   
  5. ^ Curran, JA; Clyne, TW (2006). "Porosidad en recubrimientos de óxido electrolítico por plasma". Acta Materialia . 54 (7): 1985. Bibcode : 2006AcMat..54.1985C . doi : 10.1016/j.actamat.2005.12.029 .
  6. ↑ Curran, J; Clyne, T (2005). "La conductividad térmica de los recubrimientos de óxido electrolítico de plasma sobre aluminio y magnesio". Surface and Coatings Technology . 199 ( 2– 3): 177. doi : 10.1016/j.surfcoat.2004.11.045 .
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