NITRURACIÓN POR PLASMA: TECNOLOGÍA LIMPIA PARA EL AUMENTO DE LA VIDA ÚTIL DE PIEZAS Y COMPONENTES DE LA INDUSTRIA "La tecnología a plasma es la más adecuada para la nitruración de piezas que precisan mantener su terminación (espejadas, pulidas, etc.) o que tienen formatos complejos o que son usadas para trabajos de alta precesión. Para generar el plasma, son utilizados nitrógeno e hidrógeno, gases totalmente limpios para el medio ambiente." La nitruración es un tratamiento de superficie bastante difundido en Brasil en los sectores de inyección y extrusión de plástico (moldes y matrices), metalmecánico (herramientas de corte y conformación) y automotriz (engranajes y ejes), principalmente. Entre las tecnologías usadas para realizar procesos de nitruración, las llamadas “convencionales” (sal y gas) todavía son las más comunes. Pero, la nitruración por plasma, también conocida como nitruración iónica, viene ganando mercado, conducida tanto por empresas multinacionales cuanto por nacionales. La nitruración por plasma también puede ser una alternativa, en algunos casos, a tratamientos como cromo duro y níquel químico, cuando estos son usados para fines de protección. Como resultado de un tratamiento de nitruración por plasma, se forma, en la superficie de la pieza, una capa nitrurada de 0,1 a 0,6 mm, no rugosa y cuya dureza llega a valores máximos de 400 a 1200 Hv[0,2]. Las propiedades de esa capa otorgan a la pieza una mayor resistencia al desgaste, a la fatiga y a la corrosión, resultando en mayor vida útil para la pieza. La nitruración por plasma también disminuye el coeficiente de fricción, lo que permite al usuario de la pieza disminuir el uso de lubrificantes, antiadherentes, etc. El gano en términos de vida útil varía mucho en cada caso, conforme el material, la aplicación, los tratamientos anteriores, etc. Apenas para ilustrar, citamos aquí dos casos. En el primero, la nitruración por plasma aplicada en una herramienta de corte tipo shaver aumentó su vida útil en 290 % en relación a la situación anterior, en que la herramienta no había recibido tratamientos de superficie. El segundo caso es el de una matriz de fuerza que aumentó su vida útil en 120 % al cambiar la nitruración a gas por la nitruración por plasma. COMO FUNCIONA La nitruración por plasma es un proceso que puede ser considerado de “alta tecnología”. Es realizado dentro de reactores a plasma, en los cuales las piezas a tratar son envueltas en una atmósfera de gases parcialmente ionizados. Esa atmósfera es el plasma. Para generar el plasma, son usados nitrógeno e hidrógeno, gases totalmente limpios para el medio ambiente. El proceso ocurre en condición de vacío bajo temperatura constante de 38 ºC a 58 ºC, de acuerdo con la especificación. Por la acción del alto voltaje proveniente de una fuente de alta tensión pulsada, el hidrógeno es ionizado (transformado en átomos de carga positiva o negativa, los iones). Al estabilizarse, esos iones generan una descarga luminiscente cuyo efecto es el bello color lila característico de la nitruración por plasma. Los átomos con carga positiva son atraídos por la pieza que está siendo tratada, cuya carga es negativa. Después de bombardearla, esos iones van penetrando en su superficie, reaccionando con elementos presentes en el material, como el hierro, y formando nuevos compuestos. Como resultado de este proceso, hay cambios en la composición y micro estructura del material, que generan capas nitruradas. TECNOLOGÍA AMIGA DEL MEDIO AMBIENTE Del punto de vista del impacto al medio ambiente y de la salud humana, la tecnología a plasma prácticamente no tiene impacto negativo. Los reactores a plasma usan gases amigos del medio ambiente (nitrógeno, hidrógeno y argón) como única materia prima; no generan residuos tóxicos ni contaminación auditiva, y no presentan riesgo de explosión. Comparada con la nitruración a gas, la nitruración por plasma emite solamente cerca de 0,005 veces el volumen de dióxido de carbono. VENTAJAS TÉCNICAS DEL PLASMA Comparada con las técnicas convencionales de nitruración, la tecnología a plasma permite mucho más control sobre el proceso (cantidad de nitrógeno introducido, tipos de compuestos formados en la capa nitrurada, temperatura de proceso, presión, corriente, tensión). Esa posibilidad de control o, en otras palabras, esa flexibilidad resulta en tratamientos más eficientes, principalmente por no ocasionar consecuencias indeseadas en la pieza. Además de eso, en la tecnología a plasma el proceso ocurre de manera uniforme en toda la superficie de la pieza, incluso en los bordes y grietas. De hecho, son muchas las ventajas de la nitruración por plasma del punto de vista del fabricante o del usuario de la pieza nitrurada. Diferente de otras técnicas, la tecnología a plasma no produce deformaciones o distorsiones de tamaño; no aumenta la rugosidad de la pieza, permitiendo mantener el pulido; posibilita la soldadura posterior; preserva la dureza del núcleo y los tratamientos anteriores; no ensucia la pieza con sales u otras partículas. Además de eso, cuando es realizada en reactores de pared caliente, cuya tecnología de calentamiento evita la “sobre nitruración”, la nitruración por plasma no genera fragilidad en los bordes, especialmente en los bordes vivos de las piezas. La flexibilidad de la tecnología permite, también, que prestadores de servicio con alta calificación y especialización ajusten la receta del tratamiento conforme las necesidades del cliente, lo que agrega más eficiencia a la nitruración por plasma. Finalmente, la tecnología a plasma permita la nitruración de aceros de todos los tipos, convirtiéndose en la única opción para piezas de acero inoxidable en el mercado brasilero. De esa manera, la empresa que opta por la tecnología a plasma de pared caliente para realizar el tratamiento de nitruración recibe sus piezas en perfecto estado, listas para entrar en producción y con garantía de más vida útil. Con esas ventajas, la tecnología a plasma es, sin duda, la más adecuada para la nitruración de piezas que precisan mantener su terminación (espejadas, pulidas, etc.) o que tienen formatos complejos o que son usadas para trabajos de alta precisión. Piezas de acero con revenimiento a baja temperatura y de aceros con alto contenido de cromo y otros elementos de liga también tendrán resultados mucho mejores con la nitruración por plasma. En otros casos, principalmente cuando los resultados obtenidos por otras técnicas no parecen satisfactorios, puede ser hecho un ensayo con la nitruración por plasma, pues alguna de las ventajas de la tecnología puede traer aumento considerable en la vida útil de la pieza. << Boletin Acabados Superficiales - Edición de marzo 2012 Prof. Carlos A. Figueiroa Investigador del Instituto Nacional de Engenharia de Superficies – Sección UCS – Universidade de Caxias do Sul. Doctor en Física por la UNICAMP, donde también hizo pos doctorado. Tiene graduación en Ciencias Químicas por la Universidad de Buenos Aires – UBA. Fue investigador invitado en la ANSTO (Sidney, Australia) donde se especializó en nitruración por plasma de alta tensión. Es profesor e investigador del Centro de Ciências Exatas e Tencológicas de la UCS y socio director de Plasmar Tecnología, empresa dedicada a equipos y procesos de ingeniería de superficies por plasma. Ganó los premios Siemens de Ciencia y Tecnología, modalidad Energía (2008), Santander de Ciencia e Innovación, categoría Industria (2007), y Aga-Linde al Liderazgo en Tecnologías de Tratamiento Térmico (2006). Es autor de cuatro patentes y más de 50 artículos publicados en revistas internacionales indexadas y con revisión por pares.