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E. Julve Facultad de Ciencias. Universidad Autónoma de Barcelona

recubrimientos

La electrodeposición de metales industriales en el actual mundo tecnológico Aplicaciones y perspectiva Se exponen las características y procesos de deposición de los principales recubrimientos metálicos industriales: cobre, cinc, cadmio, níquel, cromo, estaño, latón, plata, oro, rodio y paladio. Al propio tiempo, se exponen las perspectivas de futuro de cada uno de estos recubrimientos, teniendo en cuenta la problemática existente en el mundo industrial actual y la competitividad entre ellos, que provoca el auge de unos con respecto a los otros. 78 Ingeniería Química

La electrodeposición de metales, tanto los utilizados en el campo de la decoración, como en el campo tecnológico (circuitos impresos, conectores, contactores y electrónica en general), poseen una gran importancia en el mundo actual. Muchos de los logros alcanzados en estas últimas décadas hubieran sido imposibles de conseguir sin la ayuda de los recubrimientos metálicos electrodepositados, especialmente los recubrimientos de plata, oro y metales preciosos del grupo del platino (paladio, rodio, platino, iridio, etc.), esenciales sobre todo en el campo de la electrónica. Pero no sólo en esta industria puntera han sido esenciales los recubrimientos metálicos electrodepositados. Lo han sido también en otras que han contribuido al bienestar y a la comodidad del hombre moderno: campo industrial de los electrodomésticos, de la construcción, del enlatado de los alimentos, de la automoción, de la aeronáutica, de las comunicaciones, de la navegación, del deporte, de los satélites artificiales, etc. Además de los clásicos recubrimientos de cobre, de cinc, de níquel, de cromo, de estaño, etc., se están Nº 464

recubrimientos

muchos logros alcanzados en las últimas décadas hubieran sido imposibles sin la ayuda de los recubrimientos metálicos electrodepositados

electrodepositando actualmente aleaciones binarias, e incluso ternarias, de todos ellos, al propio tiempo que recubrimientos llevando partículas endurecedores, recubrimientos de cromo “superduro”, recubrimientos “autolubricantes”, recubrimientos “magnéticos” especiales, recubrimientos “electrocatalizadores”, etc. Han surgido, al propio tiempo, técnicas de obtención de recubrimientos metálicos fundadas en principios algo diferentes a las técnicas clásicas, como la de los recubrimientos “iónicos” y otras más avanzadas. En este artículo vamos a tratar acerca del panorama actual de los recubrimientos metálicos clásicos, así como de aquellos otros menos utilizados masivamente, pero esenciales en las modernas tecnologías. Al propio tiempo, nos referiremos a las tendencias que todos ellos, predeciblemente, van a experimentar en el próximo futuro, a la luz de las actuales expectativas de crecimiento industrial mundial. Y, siempre, basándonos, además de en la experiencia propia, en la información obtenida de diferentes entidades europeas y norteamericanas punteras y en la investigación reflejada en las principales publicaciones, tanto científicas como técnicas, de ámbito mundial. Así, pues, nos referiremos concretamente a los procesos actuales de deposición de cobre, de cinc, de cadmio, de cromo, de níquel, de estaño, de latón y de algunos metales preciosos (plata, oro, rodio y paladio).

de otros metales (sobre todo níquel, níquel-cromo y aleaciones de cinc). Se siguen utilizando para recubrir materiales básicos, como aceros, aleaciones de cinc, aleaciones de aluminio, aleaciones de níquel, aleaciones de magnesio, aleaciones de plomo, etc. Los baños al sulfato son corrosivos, pero poseen un buen poder de cubrición, son de fácil control y el tratamiento de sus aguas residuales es sencillo. Los baños al pirofosfato son difíciles de controlar y el tratamiento de sus aguas residuales es bastante complejo, pero poseen una buena capacidad de cubrición. Los baños alcalino-cianurados poseen un a buena capacidad de adherencia y un buen poder de penetración y cubrición, pero tienen el inconveniente de ser tóxicos y requerir un tratamiento especial de sus aguas residuales debido a ese carácter peligroso.

1.2

Tendencia futura

Aplicaciones y características

Los baños al sulfato parece que seguirán siendo la mejor solución para los talleres de tratamiento de circuitos impresos. Sin embargo, hace algunos años se introdujeron unos baños de cobreado químico “sin corriente” especiales, que poseen propiedades físicas mejores que los tradicionales baños electrolíticos de cobre al sulfato. Estos nuevos baños poseen el inconveniente de ser mucho más caros que sus homólogos electrolíticos, pero en la moderna tecnología de los tratamientos de los circuitos impresos se tiende ya, desde unos años atrás, a prescindir de la tecnología electrolítica tradicional, que parece que no se recuperará a menos que nuevos aditivos para esos baños electrolíticos ayuden a mejorar la uniformidad y el poder de penetración en comparación con los baños “sin corriente”. Lo mismo cabe decir en lo que respecta a los baños electrolíticos alcalinos al pirofosfato. La utilización de los baños alcalino-cianurados de cobre decayó sensiblemente en lo que se refiere a aplicaciones decorativas desde bastantes años atrás (décadas de los años 80 y 90), debido sobre todo a la eliminación de parachoques y embellecedores y otras piezas metálicas en la industria del automóvil y su sustitución por el plástico. Sin embargo, las buenas cualidades de adherencia y poder de cubrición de estos baños los harán todavía esenciales para gran número de aplica-

Para la electrodeposición de este metal se utilizan en la actualidad, prioritariamente, baños electrolíticos ácidos al sulfato, baños alcalinos y baños alcalino-cianurados. Los baños ácidos al sulfato y los baños alcalinos al pirosulfato se emplean actualmente, sobre todo, en la industria de los circuitos impresos y en la metalización de plásticos, especialmente los segundos, después de aplicárseles la correspondiente capa de cobre químico “sin corriente” u otro recubrimiento metálico especial para hacer conductora la superficie del plástico. Ambos baños se han empleado también, aunque en menor extensión, para recubrir alambres de acero inoxidable, utensilios de cocina, piezas de aleación de cinc y piezas de aluminio. Los baños al pirofosfato se emplean asimismo en el electroconformado (electroforming). Los baños alcalino-cianurados se han utilizado tradicionalmente en la decoración y en usos ingenieriles, al propio tiempo que como subcapa para la elecrodeposición

Diferentes piezas llevando un recubrimiento de cinc

1

Procesos de deposición de cobre

1.1

80 Ingeniería Química

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recubrimientos

ciones, a menos que se halle algún sistema mejor que los pueda reemplazar y ello, a pesar, del inconveniente que representa su carácter tóxico y el tratamiento complejo que requieren sus aguas residuales.

2

Procesos de deposición de cinc

2.1

los recubrimientos de cinc seguirán siendo aplicados en la mayoría de usos actuales debido a su excelente carácter protector de hierros y aceros

Aplicaciones y características Para electrodepositar este metal, utilizado preferentemente para proteger sacrificialmente a hierro y aceros, se emplean baños electrolíticos de tipo ácido al cloruro, de tipo alcalino exento de cianuro y de tipo alcalino-cianurado. El bajo coste de los recubrimientos de cinc, al propio tiempo que su capacidad protectora y su atractivo aspecto cuando se depositan a partir de los baños brillantes, los han convertido en recubrimientos idóneos para un sin número de usos: tuercas, arandelas, estampaciones metálicas y partes de automóvil (entre otras: componentes interiores y filtros de gases). Por otra parte, los recubrimientos de cinc constituyen una muy efectiva capa para la deposición posterior sobre ella de pintura y otros recubrimientos orgánicos. Por motivos medioambientales, los recubrimientos de cinc han sido preferidos a los recubrimientos de cadmio, razón por la cual desde bastantes años atrás han desplazado a estos recubrimientos de gran parte de las utilizaciones en que competían. Los baños ácidos al cloruro poseen excelente poder de cubrición, alto rendimiento de corriente y fácil tratamiento de sus aguas residuales, dando lugar a recubrimientos de gran brillo. Requieren, sin embargo, un control constante y una filtración continua. Los baños alcalinos exentos de cianuro proporcionan recubrimientos de cinc de buena calidad y sus efluentes son fáciles de tratar, pero requieren un exquisito control, especialmente en lo que se refiere al contenido en cinc. Los baños alcalino-cianurados poseen un excelente poder de cubrición, bajo coste y fácil control, pero, sin embargo, poseen un rendimiento de corriente bajo, tiene carácter tóxico y el tratamiento de sus aguas residuales es complejo y costoso. La elección de uno u otro tipo de

baño ha dependido siempre del tratamiento de efluente requerido, de la clase y variedad de objetos a tratar y del tipo de instalación galvánica ya existente, siendo menos importante el coste de los integrantes del baño. Los recubrimientos de cinc obtenidos a partir de cualquiera de estos baños requieren un tratamiento especial posterior (pasivado) con objeto de aumentar su resistencia al desgaste y corrosión. Tradicionalmente para esa pasivación se utilizaban disoluciones conteniendo cromo hexavalente (ácido crómico o cromatos), pero debido a las leyes medioambientales actualmente imperantes ese tipo de pasivado ha sido sustituido por disoluciones conteniendo cromo trivalente u otras exentas de cromo.

2.2

Tendencia futura Los recubrimientos de cinc seguirán siendo aplicados en la mayoría de usos actuales debido a su excelente carácter protector de hierros y aceros. Pero en lo que respecta a los baños empleados para obtenerlos parece que cada vez más se tenderá a desechar los electrólitos clásicos de tipo cianurado, por su toxicidad y el alto coste del tratamiento de sus efluentes, llegándose a su práctica extinción en el mundo occidental en los próximos cinco años. Al propio tiempo se va a incrementar el empleo de las aleaciones de cinc, sea con el hierro (aleaciones Fe-Zn), sea con el cobalto (aleaciones ZnCo), sea, sobre todo, con el níquel (aleaciones Zn-Ni). Estas aleaciones, por su extraordinario carácter protector frente a la corrosión, serán preferenciales en la industria de la automoción y en otras en que se deban utilizar superficies metálicas rígidas. Con respecto al tratamiento posterior de estos recubrimientos, cabe indicar que en Europa y Estados Unidos los pasivados que llevan cromo hexavalente han sido prácticamente eliminados y sustituidos por pasivados de cromo trivalente y pasivados exentos de cromo. Esta tendencia seguirá en años venideros, llegando a eliminarse también los pasivados de cromo trivalente.

3

Procesos de deposición de cadmio

3.1

Aplicaciones y características

Cafetera-tetera de diseño moderno llevando un recubrimiento de plata brillante de gran espesor 82 Ingeniería Química

Para electrodepositar el cadmio se utilizan casi universalmente los baños electrolíticos alcalino-cianurados, que poseen un excelente poder de cubrición y dan lugar a recubrimientos de grano fino, aunque, en contrapartida, poseen un bajo rendimiento de corriente, son tóxicos y Nº 464

recubrimientos

la dureza de las leyes medioambientales con los recubrimientos de cadmio ha limitado mucho sus aplicaciones y sólo se emplean cuando es imprescindible

aleación cinc-níquel o la aleación cinc-estaño, pero en general no han dado todo el resultado que de ellas se esperaba. Sin embargo, esta tendencia sustitutoria va a seguir en los próximos años con aleaciones binarias entrañando otros metales e incluso con tentativas de aleaciones ternarias.

4

Procesos de deposición de níquel

4.1

Aplicaciones y características sus aguas residuales son difíciles de tratar. En algún caso se han empleado también baños al fluoborato, sobre todo para evitar o disminuir la fragilidad por hidrógeno de los recubrimientos de cadmio obtenidos. Igual que los recubrimientos de cinc, los recubrimientos de cadmio se utilizan industrialmente aprovechando su capacidad de protección sacrificial de los materiales férreos. Aunque el cinc protege mejor que el cadmio a esos materiales en ambientes industriales y urbanos, cuando se trata de ambientes marinos la capacidad de protección del cadmio es muy superior. Al propio tiempo, el poder de lubricación, la fácil soldabilidad, la baja resistencia al contacto y la buena conductividad eléctrica de los recubrimientos de cadmio los hacen imprescindibles en muchas utilizaciones de las industrias: automovilística (discos de freno, radiadores, pestillos de puerta, pernos de barras de tensión, etc.), aeronáutica, de comunicaciones y electrónica (conectores, chasis, relés, etc.). Y ello a pesar de su elevada toxicidad, razón por la cual siempre que ha sido posible se han sustituido estos recubrimientos por los de cinc, no tóxicos. En la actualidad los recubrimientos de cadmio han desaparecido prácticamente del comercio y sólo son empleados en usos militares (aeronáutica militar y aeroespacial y cohetería). Por otra parte, a semejanza de los recubrimientos de cinc, los recubrimientos de cadmio se suelen someter a un tratamiento posterior (pasivado) para aumentar su resistencia a la corrosión, tratamiento que tradicionalmente se hacía con disoluciones conteniendo cromo hexavalente y actualmente se realiza con disoluciones de cromo trivalente u otras exentas de cromo.

Los recubrimientos de níquel, especialmente los denominados “brillantes”, se han aplicado y se siguen aplicando en todo el mundo tanto en su vertiente decorativa como en su vertiente típicamente industrial (ingeniería y electroconformado). En el aspecto ingenieril el níquel se usa como recubrimiento protector de grandes recipientes y aparatos en la industria de alimentos, de piezas y accesorios en la industria electrónica y en el electroconformado (electroforming). Se utiliza también como recubrimiento de tamices de impresión textil, estampadores de discos, componentes de cámaras de cohetes, moldes y troqueles para la fabricación de composites plásticos para partes de automóvil, mallas para baterías y electrodos porosos, moldes para fines ópticos, fuelles, guías-onda para radar, etc. Todo ello sin olvidar su aplicación a diferentes piezas funcionales, a la vez que decorativas, en las industrias: automovilística, naval y aeronáutica. Cuando se utilizan en decoración, los recubrimientos de níquel, aparte de constituir un recubrimiento único, suelen ser la base para la posterior deposición sobre ellos de cromo brillante, el cual, al mismo tiempo que les da un mayor brillo, aumenta su capacidad de resistencia a la corrosión ambiental, especialmente los actuales recubrimientos de cromo del tipo micro-discontinuo combinados con recubrimientos de níquel dúplex e incluso de níquel de triple capa. Los recubrimientos de níquel suelen ser también una buena base para depositar sobre ellos recubrimientos delgados de latón, de plata, de oro, de paladio y de otros recubrimientos metálicos, con objeto de obtener gran variedad de acabados sumamente decorativos.

3.2

Tendencia futura La dureza de las leyes medioambientales con los recubrimientos de cadmio ha limitado mucho sus aplicaciones y sólo se emplean cuando ello es imprescindible, como ocurre con los equipos militares u otras utilizaciones en que estos recubrimientos están en partes ocultas de chasis y otras piezas empleadas en la industria armamentística naval y aeronáutica, todas las cuales seguirán llevando este recubrimiento de cadmio, además del correspondiente pasivado basado en el cromo hexavalente (ya que otros tipos de pasivado basados en el cromo trivalente o exentos de cromo son menos efectivos). En algunas de las aplicaciones mencionadas se ha intentado sustituir los recubrimientos de cadmio por recubrimientos de alguna aleación de cinc, como la 84 Ingeniería Química

Diferentes objetos de joyería llevando un recubrimiento de oro de gran espesor

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recubrimientos

Para la electrodeposición de níquel se emplean diferentes electrólitos acuosos: baños Watts (al sulfato y cloruro), baños al cloruro y baños al sulfamato. De todo ellos, el más ampliamente utilizado es el primero, llevando en su formulación, generalmente, abrillantadores de tipo orgánico que permiten obtener recubrimientos de níquel de gran brillo y calidad. Los baños al sulfamato, más caros, suelen ser bastante menos empleados, aunque tienen tendencia a sustituir a los clásicos baños Watts en algunas utilizaciones muy puntuales.

En españa, la lucha con la extrema competencia de los países industriales emergentes del Este asiático será la tónica principal en los prÓximos años, especialmente en lo que respecta al niquelado decorativo

4.2

Tendencia futura Desde el año 1990, e incluso cinco años antes, ha habido un cambio espectacular en el consumo de níquel para la galvanotecnia en todo el mundo: en Norteamérica, Europa Occidental y Japón; el cambio se ha traducido en una disminución significativa de este consumo, mientras que en Extremo Oriente, India, América Latina y África el consumo se ha mantenido e incluso ha aumentado ligeramente. Actualmente el niquelado decorativo sigue siendo el destino más importante de ese níquel, aunque las aplicaciones ingenieriles y en el electroconformado van adquiriendo cada vez mayor importancia, augurándoles un brillante futuro, especialmente en China e India, a pesar de la dura competencia, en muchos aspectos, del plástico tecnológico. En España, la lucha con la extrema competencia de los países industriales emergentes del Este Asiático será la tónica principal en los próximos años, especialmente en lo que respecta al niquelado decorativo, base para la electrodeposición de los metales preciosos, especialmente de plata y oro, utilizados masivamente en bisutería y joyería.

5

Procesos de deposición de cromo

5.1

Aplicaciones y características El cromado decorativo (brillante) se suele aplicar sobre recubrimientos de níquel con objeto de conferirles un atractivo aspecto a la vez que una mayor resistencia a la corrosión. Se aplica, así, a adornos metálicos y también a plástico metalizado en componentes y accesorios de automóviles, camiones, vagones de ferrocarril, aeronáutica, etc., al propio tiempo que en equipos marinos, en muebles metálicos, en fontanería, en motocicletas y bicicletas y en utensilios caseros.

Diferentes objetos de cubertería llevando un recubrimiento de plata brillante

86 Ingeniería Química

El cromado duro, típicamente ingenieril, se emplea debido a sus buenas características de resistencia al desgaste, a la fricción y al calor, al propio tiempo que por sus cualidades de retención de lubricante. Se aplica, así, en superficies de corte de máquinas-herramienta, en cilindros de vehículos, en cigüeñales, etc. Se utiliza asimismo para reparar piezas desgastadas de diferentes partes de maquinaria y de equipos tecnológicos, como turbinas, ejes de prensa, cilindros, partes de motores de aviación y de naves, etc. Loa baños empleados para electrodepositar el cromo (sea decorativo o duro) contienen ácido crómico (CrO3) y ácido sulfúrico como catalizador, utilizando en gran parte de casos, además de los ánodos pertinentes, ánodos auxiliares para aumentar el poder de penetración del electrólito, habitualmente muy bajo. Se han empleado también catalizadores “sulfúrico/fluosilicato”, junto a sales de calcio y estroncio para controlar la cantidad de catalizador activo. En algunos casos se han empleado también electrólitos especiales para producir recubrimientos de cromo “microporosos”. Fuere cual fuere el tipo de electrolito utilizado para depositar el cromo, se exige un tratamiento especial para sus aguas residuales. Habida cuenta de las características carcinogénicas del cromo hexavalente y la severidad de las leyes medioambientales y sanitarias que hacen difícil el uso industrial de sus electrólitos, se ha intentado buscar alternativas a ese uso. Una de ellas ha sido la utilización de electrólitos basados en el cromo trivalente, menos contaminante y menos perjudicial para la salud.

5.2

Tendencia futura Una de las causas principales de la disminución y casi actual desaparición del uso de los cromados en la industria de la automoción ha sido, además de la introducción masiva del plástico tecnológico, la presión de la legislación medioambiental y sanitaria. Pero su uso en otras aplicaciones decorativas todavía sigue persistiendo, especialmente con la progresiva sustitución de los baños de cromo hexavalente por los de cromo trivalente, menos afectado por esa legislación y con un coste mucho menor en lo que se refiere al tratamiento de sus aguas residuales. En lo que atañe al cromado duro, se siguen empleando los baños de cromo hexavalente y parece que se seguirán empleando mientras no se encuentre un sustituto a ese electrólito. Es curioso observar que, a pesar de los proNº 464

recubrimientos

los baños de cromo hexavalente parece que se seguirán empleando mientras no se encuentre un sustituto a ese electrólito

blemas medioambientales que su uso entraña, la industria galvanotécnica asociada a ese empleo es la que más a rajatabla cumple los requerimientos legales que se exigen en la aplicación industrial de ese recubrimiento. Un recubrimiento distinto al cromo duro, pero con propiedades mecánicas compatibles a las exigidas a ese recubrimiento en su utilización industrial ha sido propuesto en estos últimos años: se trata de la aleación “níquel-fósforo”, obtenida mediante la técnica del niquelado químico “sin corriente”. En bastantes casos se ha utilizado satisfactoriamente y es de esperar que su uso se consolide en el futuro, especialmente por el mucho menor impacto medioambiental que este nuevo recubrimiento plantea en comparación con el de los baños de cromo hexavalente.

6.2

Tendencia futura Según los últimos datos, el uso de los recubrimientos de estaño y de la aleación estaño-plomo va a crecer entre un 7 a un 10% en los próximos cinco años, debido sobre todo al continuo crecimiento de la industria electrónica y afines. A este crecimiento va a contribuir también el descenso de utilización de los recubrimientos de plomo industriales -muy castigados por la legislación medioambiental-, a los que los recubrimientos de estaño y de estaño-plomo van sustituyendo paulatina e imparablemente.

7

Procesos de deposición de la aleación latón

7.1

Aplicaciones y características

Como aleación de cobre y cinc, los recubrimientos de latón pueden adoptar atractivos colores que van desde el amarillo al verde, al rojo o al blanco, según se juegue con las proporciones de los dos aleantes: cobre y cinc, lo que les da un importante papel en aplicaciones decorativas (lamparería, ferretería, juguetería, muebles metálicos, artículos de regalo, utensilios de cocina y del hogar, etc.). Procesos de deposición de estaño Los recubrimientos de latón tienen una aplicación funcional para prevenir la corrosión en equipos marinos y en la industria del automóvil como capa interAplicaciones y características media, antes del niquelado-cromado, en parachoques El estaño se utiliza en gran cuantía para recubrir reciy otros componentes. También se utiliza como acabapientes y equipos de la industria alimentaria, al propio do final, por la facilidad que tiene este recubrimiento tiempo que para recubrir diferentes piezas y artilugios a ser barnizado, coloreado o pintado, y en aplicacioen la industria electrónica, en la de circuitos impresos y nes textiles por su buena acción lubricante al permitir en la industria automovilística (partes de bombas, anillos que el alambre de acero llevando ese recubrimiento pase fácilmente por el equipo de teñido. de pistones, etc.). Por otra parte, una de sus aleaciones: la aleación estaño-plomo eletrodepositada se emplea Para electrodepositar el latón, sea en baño quietambién, con fines de protección y de soldabilidad, en la to o en bombo (tambor), se utilizan exclusivamente industria de contactores eléctricos y de circuitos impreelectrólitos de tipo alcalino-cianurado conteniendo sos, al propio tiempo que en la industria automovilística cianuros complejos de cobre y cinc solubles, adey de maquinaria varia (cojinetes de acero). más de cianuro alcalino libre y sustancias metálicas y orgánicas (abrillantadores), que contribuyen a la Para la electrodeposición de los recubrimientos de obtención de recubrimientos de latón de grano fiestaño y de sus aleaciones (entre ellas la aleación Sn-Pb) se emplean primordialmente dos tipos de baño electrono y compacto. Entre estas sustancias cabe incluir lítico: los baños al fluoborato y los baños al sulfonato. a los iones selenio: teluro, molibdeno, bismuto y a Los primeros han sido los prioritarios, los compuestos: piridina, aminas pero en estos últimos años los seguncuaternarias y tensioactivos nodos han adquirido un gran protagoiónicos. Con objeto de mantener nismo por ser menos contaminantes constante la calidad de ese recudesde el punto de vista medioambienbrimiento, se controla la relación tal, aunque ambos son muy corrosiCu/Zn que se especifique, al provos y exigen un manejo cuidadoso pio tiempo que el contenido de cianuro libre presente en el baño. por parte de los operarios. Tanto los baños al fluoborato como los baños Cuando el cianuro libre disminual sulfonato son fáciles de controlar y ye, se produce un aumento del dan lugar a recubrimientos de estaño rendimiento de corriente catódico que a la larga se traducirá en de buena calidad. Cuando se trata de los recubrimientos de la aleación estala obtención de recubrimientos ño-plomo hay que tener en cuenta en rugosos. Cuando el cianuro libre su utilización que, aunque el compoaumenta, tendrá lugar un aumennente estaño no es tóxico, sí lo es el to de la densidad de corriente, que Anillo de oro llevando un recubrimiento de rodio componente plomo. llegando a ciertos límites producirá

6

6.1

88 Ingeniería Química

Nº 464

recubrimientos

la paralización del proceso de deposición. La adición al baño de amoníaco y carbonatos permite controlar su pH y el color del recubrimiento de latón obtenido, a la vez que aumenta su conductividad. Como ocurre con los electrólitos de tipo cianurado empleados para la deposición de cualquier metal, también aquí es menester tratar convenientemente las aguas residuales, lo que deberá tenerse en cuenta al programar una instalación de latonado. Los recubrimientos de latón, cuando no constituyen una capa intermedia y son el acabado final, requieren un tratamiento posterior para evitar su decoloración (velado) por la acción atmosférica. Este tratamiento puede ser un cromatizado, en vías de desaparición debido a las leyes medioambientales que prohíben el uso del cromo, o un laqueado (fina película de tipo orgánico) o la aplicación de una película de benzotriazol.

7.2

Tendencia futura El latonado, como hasta ahora, seguirá siendo el recubrimiento preferido para artículos de ferretería, lamparería, muebles metálicos diversos, utensilios del hogar y en ornamentación. Para obtener este recubrimiento se seguirá empleando el clásico baño cianurado, al no haber recambio plausible para este electrólito, aunque la investigación para encontrarlo parece que seguirá, sin ser abandonada. Pueden ser sustitutos potenciales del latonado algunos colorantes y resinas aplicadas electrolíticamente, que cada vez más se van aceptando como acabados de moda. Sin embargo, su mayor coste y el no poder ser esos acabados ni oxidados ni patinados “en antiguo” reduce mucho su versatilidad y, por tanto, su campo de aplicación.

8

Procesos de deposición del metal precioso plata

8.1

Aplicaciones y características Los recubrimientos de plata, además de emplearse en cubertería de lujo, en bisutería y en joyería, se utilizan también en la industria eléctrica y electrónica (conectores, contactores, etc.) y, últimamente, como sustitutos de recubrimiento oro en la industria de semiconductores, ya que, aunque su resistencia a la corrosión es inferior a la de este recubrimiento precioso, es, sin embargo, mucho más barato. En efecto, las recientes innovaciones en las técnicas para enlazar chips de silicio han incrementado considerablemente

Cubierta (cápsula) de pluma estilográfica llevando un recubrimiento de oro y otro de paladio en diferentes partes 90 Ingeniería Química

el uso de los recubrimientos de plata en armazones semiconductores, empleándose los recubrimientos de oro sólo para dispositivos más sofisticados y de alta fiabilidad. Por otra parte, se están aplicando recubrimientos de plata en bombas de keroseno para motores a reacción, al propio tiempo que en contenedores y reactores de la industria alimentaria. Los electrólitos empleados para electrodepositar los recubrimientos de plata siguen siendo, exclusivamente, de tipo alcalino-cianurado, conteniendo el ión plata en forma de complejo cianurado soluble. Se añade a esos baños cianuro potásico para conferirles conductividad, al propio tiempo que una serie de compuestos de tipo metálico u orgánico para la obtención de recubrimientos de grano fino y brillante. Como hemos dicho precedentemente, estos electrólitos conteniendo cianuro libre y combinado exigen un tratamiento especial de sus aguas residuales. Para prevenir el velado de los recubrimientos de plata obtenidos por diversos agentes atmosféricos, se les suele dar un tratamiento posterior consistente en una fina película transparente de tipo laca o de tipo acrílico o epoxi, aplicadas estas últimas mediante electroforesis. La aplicación de un cromatizado como pasivado protector posterior se va abandonando debido a la legislación medioambiental que no permite el empleo del ión cromo.

8.2

Tendencia futura Por su color blanco característico, la plata seguirá siendo el acabado elegante insustituible para cubertería de lujo y para cierto tipo de bisutería y joyería. Por otra parte, se seguirá utilizando el tradicional baño alcalinocianurado, tanto en el plateado decorativo como en el plateado industrial, baño difícil de ser sustituido por otros electrólitos menos peligrosos, dadas sus especiales características de buena penetración, buen poder de cubrición y gran homogeneidad de los recubrimientos obtenidos a partir de él.

9

Procesos de deposición del metal precioso oro

9.1

Aplicaciones y características Los recubrimientos de oro años atrás se utilizaban en gran cuantía en ornamentación (joyería y bisutería, principalmente); hoy en día sólo se emplea el 10% del oro total en ese menester. La mayor parte de los recubrimientos de oro se aplican actualmente en componentes de la industria electrónica y de semiconductores, aunque esta aplicación va quedando restringida cada vez más a piezas que requieren alta fiabilidad, dejando a los recubrimientos de plata como sustitutos más baratos, como hemos dicho, para piezas con funciones menos comprometidas. La capacidad del oro puro para formar a baja temperatura un eutéctico con el silicio es empleada en sofisticados artilugios portadores de chips de silicio. Por otra parte, recubrimientos de oro aleados con pequeñas cantidades de níquel o cobalto se emplean Nº 464

Por la estable resistencia de contacto y su elevado punto de fusión el rodio es utilizado en las industrias eléctrica y electrónica

en conectores eléctricos de baja carga, mientras que recubrimientos de oro, en capa muy delgada (flash), se usan como película intermedia en recubrimientos de paladio. Para electrodepositar el oro, ya sea como recubrimiento único o formando aleación con otros metales, se utilizan mayoritariamente electrólitos del tipo alcalino-cianurado, donde el ión oro está en forma de complejo soluble. A este baño se suelen añadir iones metálicos o sustancias orgánicas (abrillantadotes) para obtener recubrimientos de oro de grano fino y gran tersura. Se emplean también electrolitos con pH ligeramente ácido (pH=3.5 a 5.0), sobre todo para depositar aleaciones de oro-níquel, y electrólitos alcalinos exentos de cianuro basados en el sulfito de oro, pero todos ellos en menor cuantía que los electrólitos alcalino-cianurados. El tratamiento de las aguas residuales de estos electrólitos variará según sean sus componentes principales.

9.2

Tendencia futura El oro, como recubrimiento ornamental, se seguirá aplicando en ese menester casi en la misma cuantía que en la actualidad. Como recubrimiento industrial ingenieril, el oro se seguirá aplicando al mismo ritmo que en la actualidad en componentes electrónicos específicos, máxime si se tiene en cuenta la mejora alcanzada en la velocidad de deposición de los modernos baños de dorado introducidos en estos últimos diez años. Hay que considerar, por otra parte, que se están diseñando cada vez más conectores en que el tradicional dorado duro se puede sustituir por un recubrimiento, de igual espesor, de paladio o de paladio-níquel (20% Ni) llevando como acabado final una pequeña capa (flash) de oro.

10

Procesos de deposición del metal precioso rodio

10.1

El rodio, uno de los recubrimientos preciosos más caros, constituye el principal acabado de las industrias de bisutería y joyería debido a su atractivo color blanco, a su extrema dureza y a su extraordinaria resistencia al desgaste y al velado. Por otra parte, por su estable resistencia de contacto y su elevado punto de fusión, es utilizado ventajosamente en las industrias eléctrica y electrónica. En años recientes, el uso del Noviembre 2008

marQue 51

Aplicaciones y características

recubrimientos

rodio, con pocas excepciones, ha sido restringido a capas muy delgadas, usualmente sobre otros metales blancos, como níquel o plata. La electrodeposición del rodio se realiza exclusivamente a partir de electrólitos muy ácidos, sean de base sulfato o de base fosfato, aunque también se han empleado eventualmente baños mixtos de sulfato-fosfato. Los baños al fosfato dan lugar a recubrimientos de rodio más blancos, pero, en general, los baños al sulfato son los preferidos, especialmente para aplicaciones decorativas. Al poseer todos estos baños un carácter extremadamente ácido, muy agresivo, deberá cuidarse el vertido de sus aguas residuales, que exigirán un tratamiento previo adecuado.

10.2

Tendencia futura La escalada de precios del rodio ha contribuido a disminuir su uso en estos últimos años, escalada que parece que no parará en los años venideros. Los acabados de paladio brillante, casi indistinguibles de los actuales recubrimientos de rodio, serán los que mayoritariamente lo van a sustituir en los próximos años en sus aplicaciones decorativas. Las propuestas de sustitución del rodio por el oro para aplicaciones de ingeniería electrónica parece que no prosperarán, sobre todo para piezas que deban resistir altas temperaturas. Ahora bien, para algunas de esas aplicaciones electrónicas, el paladio, especialmente llevando un flash de oro, puede ser un apropiado sustituto del rodio, lo que está sucediendo ya en la actualidad.

11

Procesos de deposición del metal precioso paladio

11.1

Aplicaciones y características El paladio y sus aleaciones paladio-níquel y paladioplata se han convertido en estos últimos quince años en recubrimientos competitivos de los recubrimientos de oro, tanto para el dorado blando como para el dorado duro, y tanto en aplicaciones decorativas como en aplicaciones de las industrias de conectores y de circuitos impresos, principales usos de este metal del grupo del platino. En efecto, las cualidades del paladio: más bajo coste y más baja densidad (peso específico) con respecto al oro, al propio tiempo que otras propiedades semejantes, han contribuido notablemente a este desplazamiento. Los recubrimientos de paladio y sus aleaciones (paladio-níquel y paladio-plata) se han utilizado en conectores separables y en lengüetas de circuitos impresos y, más recientemente, se están empleando en interruptores, en contactos soldables, en terminaciones de condensadores cerámicos multicapa, en contactos sellados vidrio-metal y en cátodos para baterías. Los recubrimientos de paladio y sus aleaciones se depositan mediante electrólitos de tipo amoniacal o mediante electrólitos de tipo amina. Los baños de tipo amoniacal contienen el ión paladio como complejo Pd(NH3)42+, unido a aniones como cloruro, 92 Ingeniería Química

el paladio apunta a ser un sustituto idóneo para ciertos tipos de utilizaciones del oro y del rodio bromuro o sulfato. A estos baños se les suele añadir aditivos orgánicos, que contribuyen a dar un grano fino y un aspecto brillante a los recubrimientos de paladio obtenidos a partir de ellos. Se les adiciona además iones fosfato, con objeto de aumentar su conductividad y regular su pH entre 7-8.5. Las aleaciones paladio-níquel se suelen depositar también con estos baños de tipo amoniacal, a los que previamente se les ha añadido el ión níquel en forma de complejo [Ni(NH3)4.2 H2O]2+. Los baños de tipo amina utilizan las aminas orgánicas para complejar el paladio. A estos baños, de pH entre 9-12, se les añade también iones fosfato para aumentar su conductividad y regular su pH. La adición de aditivos abrillantadores no es muy común, aunque en algunas formulaciones se ha aconsejado su uso. Ambos tipos de baños exigen un tratamiento especial de sus aguas residuales antes de su vertido final.

11.2

Tendencia futura El paladio, como hemos indicado precedentemente, apunta a ser un sustituto idóneo, para ciertos tipos de utilizaciones, del oro y del rodio. Así, recubrimientos de paladio (llevando un flash de oro) al propio tiempo que aleaciones de paladio (llevando también un flash de oro) se están empleando ya en una gran variedad de aplicaciones sustituyendo al oro duro e incluso al oro blando (decorativo), debido a su menor coste y menor densidad (peso específico). Por otra parte, los recubrimientos de paladio y sus aleaciones se están introduciendo también con éxito en la industria de circuitos impresos, circuitos integrados y en la industria de las baterías eléctricas. Bibliografía [1] E. Julve, Electrodeposición y deposición química de metales preciosos. Volumen I. Edic. E.J.S., Barcelona (2003). [2] A.C. Hamilton, Plat. & Surf. Fin., 93, nº 11, 10-11 (2007). [3] J. Horner, Plat. & Surf. Fin., 93, nº 11, 16-18 (2007). [4] S. Schneider, Plat. & Surf. Fin., 93, nº 11, 40-41 (2007). [5] W.H. Safranek, Plat. & Surf. Fin., 93, nº 11, 15, 18 (2007). [6] G. A. Di Bari, Plat. & Sur. Fin., 93, nº 11, 27-28 (2007). [7] J.H. Lindsay, Plat & Surf. Fin., 93, nº 11, 19-20, 26 (2007). [8] M. Carano, Plat. & Sur. Fin., 93, nº 11, 37-39, 41 (2007). [9] A.J. Kowalski, Plat. & Sur. Fin., 93,nº 11, 13-14 (2007). [10] A. Blair, Plat. & Sur. Fin., 93, nº 11, 25-26, 36, 38 (2007). [11] R. Morrisey, Plat. & Sur. Fin., 93, nº 11, 35 (2007). [12] J.A. Abys, Plat. & Sur. Fin., 93, nº 11, 31-32 (2007).

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