Lección 11.8RecubrirCapítulo 11 · Recubrimientos y acabado superficial

Recubrimiento PVD (películas finas en vacío)

Átomos arrancados de un blanco recubren las piezas en vacío

El PVD (deposición física de vapor) recubre las piezas con una película metálica o cerámica de unas pocas micras, formada átomo a átomo en vacío. La capa dorada de muchas brocas es un recubrimiento PVD de nitruro de titanio. Hace que las herramientas duren varias veces más y da a relojes y grifos un color duro y duradero.

Foto: Cetko, CC0, vía Wikimedia Commons

Recubrimiento PVD · pulverización catódica en una cámara de vacío, con un detalle ampliado de la películaLos números en círculo coinciden con los pasos de abajo; el recuadro de la derecha amplía una superficie recubierta.

Cómo funciona

Limpia y carga. Las piezas se limpian a fondo, a menudo en baños de ultrasonidos, y se montan en soportes que giran durante el recubrimiento. Cualquier resto de aceite o polvo impediría que la película se adhiera.
Haz el vacío y calienta. Las bombas extraen el aire hasta que la presión es aproximadamente una millonésima de la normal. Los calentadores llevan las piezas a normalmente 200–500 °C, y una breve ráfaga de iones de argón limpia a fondo sus superficies.
Arranca átomos del blanco. El gas argón se convierte en plasma (un gas incandescente con carga eléctrica). Sus iones chocan contra el blanco, una placa del metal de recubrimiento, y arrancan átomos: es la pulverización catódica (sputtering). Otras máquinas liberan los átomos con un arco eléctrico o por simple evaporación.
Vuelan y reaccionan. Los átomos liberados vuelan en línea recta y se depositan sobre todo lo que ven. El nitrógeno introducido en la cámara reacciona con ellos, de modo que el titanio se deposita como nitruro de titanio (TiN), duro y de color dorado.
Gira y acumula. Los soportes giran para que cada cara reciba su parte. La película suele crecer hasta 1–5 µm de espesor; después la cámara se enfría y se ventila.

Datos clave

Materiales: Recubrimientos: TiN, TiAlN, CrN, DLC (carbono tipo diamante), aluminio, cromo. Piezas: acero para herramientas, carburo, acero inoxidable, vidrio, algunos plásticos
Piezas típicas: Brocas, fresas y plaquitas, moldes, cajas de reloj, grifos, lentes, chips
Tamaño de pieza: Desde plaquitas diminutas hasta piezas de decenas de centímetros; lo limita la cámara
Precisión: Película normalmente de 1–5 µm, hasta fracciones de micra; el tamaño de la pieza apenas cambia
Acabado superficial: Copia la superficie de debajo (pulida entra, pulida sale); colores del dorado (TiN) al negro (DLC)
Tamaño de lote adecuado: De cientos a miles de piezas pequeñas por carga; los servicios de recubrimiento admiten series pequeñas
Coste de utillaje y máquina: Alta: un sistema industrial suele costar de cientos de miles a más de un millón de dólares; el coste por pieza es bajo con lotes completos
Velocidad: Un lote suele durar unas pocas horas desde la carga hasta la descarga

Ventajas y límites

Ventajas

Película muy dura y fina que mantiene afilados los filos
Muchos colores duros y decorativos, como dorado, negro o bronce
Calor moderado: la mayoría de los aceros para herramientas conservan su dureza
Proceso limpio y seco, sin residuos líquidos

Límites

Línea de visión: los agujeros profundos y las caras ocultas reciben poco recubrimiento o ninguno
Necesita una cámara de vacío: alto coste de la máquina y trabajo por lotes
La pieza debe estar impecable, o la película se despega
Demasiado fina para rellenar arañazos o recuperar piezas desgastadas

Dónde se usa

Herramientas de corteBrocas doradas de TiN, fresas oscuras de TiAlN, plaquitas de carburo
Moldes y matricesPelículas resistentes al desgaste en moldes de inyección y herramientas de conformado
Relojes y joyeríaAcabados negros, dorados o en oro rosa en cajas y correas de acero
Hogar y bañoGrifos y tiradores de puerta con aspecto de níquel cepillado o latón
Óptica y electrónicaCapas antirreflectantes en lentes, películas metálicas en chips y pantallas
AutomociónSegmentos de pistón y piezas de motor con recubrimientos de CrN o DLC

Cómo reconocerlo

Un color fino y uniforme sobre el metal: dorado en las brocas, negro violáceo o bronce en las herramientas de corte.
El color cubre a la perfección las caras exteriores y los filos de corte, pero se desvanece en el interior de agujeros y ranuras profundos.
Sin chorreos, goteos ni bordes gruesos: parece que el propio metal hubiera cambiado de color.
Muy difícil de rayar, a diferencia de una pintura del mismo color.

Compáralo con

Recubrimiento CVD11.9forma películas por reacción química a partir de gases, a mayor temperatura, y también llega a las superficies ocultas; el PVD trabaja más frío, pero solo recubre lo que ve.Galvanizado electrolítico11.5también deposita metal sobre metal, pero desde un baño líquido y normalmente más grueso; el PVD da películas cerámicas más duras.Deposición de capas atómicas13.4un primo de la fabricación de chips que forma películas capa atómica a capa atómica.

Míralo

Korvus Technology · Lo básico del PVD, explicado por un fabricante de equipos

Plansee · Una animación de átomos pulverizados desde un blanco

CICEL COMPANY · Todo el flujo de trabajo en fábrica, de la limpieza a la descarga

Oerlikon · Qué aspecto tiene una máquina de recubrimiento industrial

Ver fotos reales

Wikipedia: Deposición física de vapor — métodos (pulverización catódica, arco, evaporación) y usos, con enlaces a fotos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

El PVD forma una película dura átomo a átomo en vacío, normalmente de 1–5 µm de espesor.
Los átomos vuelan en línea recta, así que las superficies ocultas reciben poco recubrimiento.
El color dorado de muchas brocas es nitruro de titanio aplicado por PVD.