galvanoplástia
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Galvanoplástia
Los plásticos chapados en metal se usan en la industria automotriz, hardware, accesorios de plomería, perillas y aplicaciones electrónicas. Se recomienda cuando por
costos o por razones estructurales, es necesario modificar las características del metal
base seleccionado. Para metalizar una superficie de polímero, se puede aplicar un revestimiento sin electrodos. Técnica que consiste en cubrir un objeto o una superficie con capas metálicas consistentes por medio de la electrólisis y que se aplica especialmente a la preparación de moldes y a la reproducción de objetos en relieve. El problema básico en el intento de electroplate sobre sustratos de plástico es, por supuesto, que son eléctricamente no conductor y no pueden ser sumergidos en una solución demdeposición y se recubren en la manera en que los objetos de metal puede. Por lo tanto, se necesita algún método por el cual una película conductora podría ser depositado sobre la superficie de plástico para proporcionar la base para la posterior electrodeposición. Era, por supuesto, es vital que esta capa superficial, además de ser eléctricamente conductor, debe adherirse bien al sustrato si el sistema de recubrimiento final era mostrar una buena adhesión. Este proceso generalmente consiste en un proceso de pretratamiento para mejorar la adhesión. En el segundo paso se realiza una siembra superficial del catalizador sin electrodos. Los métodos químicos de pretratamiento en húmedo utilizan ácidos fuertes como ácido crómico, ácido sulfúrico y permanganato de potasio acidificado para lograr una modificación superficial de los polímeros. La presencia de cromo puede imponer serios problemas ambientales, debido a la toxicidad conocida de Cr6 +. Por esta razón, se han realizado intentos para desarrollar métodos que funcionen sin usar compuestos de cromo. Alternativamente, para un polímero ABS, se puede aplicar una reacción fotocatalítica como método de pretratamiento antes del recubrimiento electrolítico. A diferencia del método químico húmedo convencional, este método puede mejorar la fuerza de adhesión sin cambios morfológicos severos. El método de pretratamiento utiliza una reacción fotocatalítica en una solución dispersa de TiO2. La reacción fotocatalítica ocurre por la formación de un par de electrones en un material semiconductor cuando la energía del fotón excede el intervalo de banda. Así, los agujeros fotogenerados reaccionan fácilmente con agua e iones hidroxilo adsorbidos en la formación de radicales hidroxilo. Los radicales hidroxilo a su vez actúan como agentes oxidantes. El cobre se ha depositado con éxito sobre ABS sembrado de aluminio. Los baños ácidos sin electrodos se han usado con sulfato de cobre al 15% y 5% de, por ejemplo, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico o ácido acético. La deposición se ha llevado a cabo tanto a temperatura ambiente como a 60°C. Como se esperaba, la tasa de deposición aumenta dramáticamente a temperaturas elevadas.
En general, el proceso de metalizado de plásticos comprende las siguientes etapas:
Desengrase
Debido a la naturaleza hidrofóbica de la mayoría de los plásticos, el proceso más
conveniente involucra la utilización de solventes. En este proceso se produce un ligero
ablandamiento superficial debido a la solvatación parcial de las moléculas poliméricas y a
una reacción parcial con el polímero.
Acondicionamiento
El propósito del acondicionamiento es proporcionar cierta rugosidad superficial, eliminando
así la necesidad de tratamientos mecánicos, así como suministrar puntos de enlace
químico para los metales aplicados posteriormente.
Para la mayoría de los plásticos, como ABS y polipropileno se realiza principalmente con
ácido sulfúrico, ácido crómico y algunos aditivos como ácido fluorhídrico, en proporciones
variables que oscilan entre 50 g/l para el crómico y entre 100 y 600 para el sulfúrico. Esta
es una etapa que debe controlarse cuidadosamente para garantizar una buena adhesión
del metal.
Esta fase del proceso tiene una duración entre 1 y 5 minutos, a una temperatura que
oscila entre 20 y 35ºC, tiempos y temperaturas menores ocasionan que no se produzca
una humectación suficiente de la pieza y se produzcan zonas sin plateo, afectando
negativamente la calidad de las piezas finales.
Sensibilización y activación de la superficie
La sensibilización consiste fundamentalmente en la adsorción en la superficie del plástico
de un material fácilmente oxidable. La oxidación del sensibilizador en la etapa de
nucleación sirve para depositar una superficie catalítica en la superficie plástica, entre los
activadores más empleados se utilizan sales de estaño (II) y sales de titanio (III); en el
proceso más empleado se introduce el cloruro estannoso (10 g/l), en combinación con
ácido clorhídrico (40 ml/l).
Las soluciones se aplica a una temperatura entre 20 y 25ºC, durante 1-3 minutos, para
piezas complicadas se requiere agitar para mejorar los resultados.
Pos-nucleación
Cuando la etapa de nucleación se hace inmediatamente después del acondicionamiento,
es necesario usar un agente reductor para formar el catalizador de paladio. Los agentes
más comunes son el formaldehído, el hipofosfito y la hidrazina.
Premetalizado
Se hace un metalizado previo sin uso de corriente con soluciones que contienen los iones
cobre o níquel, donde se hace la superficie conductora mediante un proceso autocatalítico.
El objetivo de este proceso es lograr una superficie suficientemente conductora para el
posterior proceso electrolítico. Los depósitos metálicos formados tienen espesores entre
0.1 y 1.5 mm, siendo los más comunes entre 0.5 a 0.7.
Metalizado
Una vez la superficie plástica se hace conductora el metalizado se realiza como con
cualquier otro metal. Se inicia con el depósito de 15 mm de cobre, empleando un baño
ácido de cobre. Luego se realiza por el recubrimiento de níquel para fines decorativos o
de resistencia a la corrosión.
Historia
Sustrato Aguafuerte
Los primeros procesos, utilizando pintura conductora o plata químicamente reducido sobre superficies rugosas, ya sea mecánicamente o por ataque solvente, no proporcionó una adherencia adecuada. A mediados de la década de 1960, se desarrollaron soluciones de ataque químico a base de ácido crómico que podría ser utilizado con éxito con copolímero de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). El uso de estas soluciones resultó en la eliminación selectiva de la fase de butadieno de la resina para dar una superficie que proporciona unión micro-grabado al agua fuerte a la capa conductora subsiguiente.
Quimioplastia
Esta evolución se produjo en un momento en el que también se estaban haciendo grandes mejoras en la tecnología de níquel electrolítico y no electrolítico deposición de cobre. Estos avances en la deposición sin corriente eléctrica combinada con el desarrollo de la técnica de grabado dieron lugar a un sistema que proporciona un revestimiento altamente conductor que exhibe una adherencia satisfactoria a la superficie de plástico.
Resinas
Aunque una amplia gama de resinas de plástico puede ser electrochapado el mercado siempre ha estado dominado por acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). El polipropileno se ha utilizado, principalmente para aplicaciones en las que su baja absorción de agua es importante, pero ha demostrado ser generalmente más difícil que para ABS electrochapa fiable y su consumo no ha crecido de manera significativa. Estas mezclas no sólo tienen una mayor resistencia mecánica inherente de ABS sin modificar, pero también muestran ductilidad superior en la condición como-plateado. Esta es una propiedad más importante, en particular para la industria del automóvil, ya que puede proporcionar un grado de recuperación de impacto. Esto puede permitir el uso de plásticos plateados para bares parachoques para vehiculos. Otras resinas usados para el revestimiento incluyen nylon, poliésteres modificados, polisulfonas, poliimidas y polieterimidas, aunque las cantidades son pequeñas en comparación con el ABS. Actualmente está siendo mostrado un interés particular en las resinas que son capaces de ser calentado a temperaturas más altas que ABS en el estado como chapado, tal como caucho modificado copolímeros de anhídrido maleico. Ello permitiría, resistentes a la abrasión acabados en laca de color que requieren altas temperaturas de curado que se aplicarán en la parte superior de níquel brillante como una alternativa al cromo, lo que aumenta las opciones de apariencia.
Proceso de electroplating
Las finas capas de metal depositadas por métodos sin electricidad son extremadamente sensibles a la abrasión y la corrosión. Cuando surgen demandas distintas a la decoración, como dureza, resistencia a la abrasión, resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica, las capas delgadas deben reforzarse electrolíticamente. El comportamiento metálico total de la capa se alcanza solo con espesores de capa de aprox. 20 micras. Sin embargo, debido a que el módulo de Young de los metales es aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que el del polímero, y el coeficiente de expansión térmica es aproximadamente un orden de magnitud menor, con depósitos de metal gruesos, se producen fuerzas en la interfaz que no pueden ser soportadas por las fuerzas de adsorción que surgen entre el polímero y el metal como resultado incluso de la carga mecánica o térmica más pequeña. Aunque el refuerzo electrolítico normalmente conduce simplemente al revestimiento de la moldura con metal, es adecuado para fabricar pequeños artículos esféricos, como cabezas de máquinas de escribir. De hecho, la mala adherencia del metal es deseable para el electroformado (por ejemplo, para la fabricación de matrices de prensa o moldes de inyección a partir de modelos de plástico). La gama de aplicaciones de las técnicas de metalizado con moldes poliméricos está limitada por la mala adherencia del metal, que no puede mejorarse mediante el tratamiento mecánico de la superficie plástica. El término galvanoplastia de polímeros se usa actualmente para describir una técnica que difiere de los métodos discutidos anteriormente en que se puede obtener una adhesión del metal aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor. El desarrollo de este proceso comenzó en 1965 cuando fue posible por primera vez producir una unión fuerte entre un metal y un polímero de injerto ABS especialmente tratado. En unos pocos años, resultó una tecnología completamente desarrollada que se adaptó para adaptarse a los polímeros ABS y que todavía se usa para electrochapar molduras de polímero a escala de producción en masa con equipos automatizados. El significado especial de los polímeros de injerto ABS es el resultado de su estructura. Tienen una matriz de copolímero de estireno-acrilonitrilo en la que se encuentran dispersas finas esferas de una fase elastomérica. Esta fase de elastómero se puede eliminar a una profundidad de aprox. 1 μm por oxidación en baño de ácido crómico – ácido sulfúrico, sin dañar el material matriz, en 5 – 10 min a 60°C. Se genera en la superficie un sistema de poros submicroscópico con dimensiones correspondientes al diámetro de las partículas de elastómero. Después del grabado, la superficie se activa y el níquel o el cobre pueden depositarse químicamente. Inicialmente, los poros se llenan y, posteriormente, se forma una capa continua de metal conductor fuertemente anclada que puede reforzarse electrolíticamente, por ejemplo, con 20 μm de cobre, 10 μm de níquel o 0,2 – 0,8 μm de cromo mediante procesos estándar. La superficie inferior de la capa de metal forma una réplica positiva del sistema de poros generado por el grabado. De este modo, se forma un compuesto de polímero-metal que se une con tanta fuerza que la eliminación por la fuerza del metal conduce a la fractura cohesiva del polímero en la vecindad de la capa de metal. La adherencia de la capa de metal está determinada por la resistencia a la tracción de las capas de polímero más externas. Durante la formación de termoplásticos mediante moldeo por inyección, la orientación se congela en las capas más externas, en particular, lo que puede conducir a una anisotropía significativa en las propiedades mecánicas. Las condiciones de procesamiento para el moldeo por inyección (temperatura de fusión, velocidad de inyección, temperatura del molde, grosor de la pared, posición y diseño de la entrada, etc.) a menudo ejercen una influencia decisiva en la adherencia y la calidad de los moldes galvanizados. Mientras que con piezas moldeadas de paredes gruesas y sin orientación (prensadas) se puede alcanzar una fuerza de desprendimiento de >100 N por 25 mm, en condiciones de procesamiento menos favorables (alta orientación) este valor puede caer por debajo de 10 N por 25 mm. Las fuerzas de pelado >15 N por 25 mm son adecuadas para cumplir con la mayoría de los requisitos técnicos. El ABS galvanizado es un material compuesto con un perfil de propiedades específico. Las propiedades de la superficie (brillo, dureza, resistencia a la abrasión, resistencia a la corrosión) están determinadas por el espesor y la estructura de la capa de metal. Debido a la influencia reforzante del metal, la rigidez y la resistencia del moldeado aumentan proporcionalmente a la relación entre el espesor del metal y el del polímero, hasta aproximadamente tres a cinco veces la del material no revestido. Se suprime el comportamiento de fluencia típico de los polímeros bajo carga. La resistencia al calor de la moldura enchapada es considerablemente superior a la de los materiales no enchapados. El proceso de galvanoplastia ABS también se puede aplicar a otros polímeros con solo modificaciones menores. Estos incluyen mezclas de ABS con otros polímeros (p. ej., PC), así como poliestireno y poli(óxido de fenileno) modificados con partículas de caucho de butadieno. El polipropileno se puede convertir en galvánico mediante el uso de aditivos específicos.
Aplicaciónes Galvanoplástia
La galvanotécnia es una técnica que consiste en la electrodeposición de un recubrimiento
metálico sobre una superficie que puede ser o no metálica. Se recomienda cuando por
costos o por razones estructurales, es necesario modificar las características del metal
base seleccionado.
El objetivo del recubrimiento es mejorar la apariencia del metal base, protegerlo de la
corrosión y en algunos casos, modificar alguna propiedad superficial, como por ejemplo,
mejorar sus propiedades eléctricas o mecánicas, dar mayor dureza, ejercer lubricación,
etc.
En galvanotécnia se consideran dos tipos de procesos: la galvanoplástia y la
galvanostegia. El primero se refiere al proceso en que los recubrimientos metálicos se
hacen sobre las superficies de materiales no conductores; mientras que en el segundo, la
galvanotécnia, los recubrimientos siempre se realizan sobre elementos metálicos. Las molduras de ABS galvanizadas se emplean cuando sus bajos costes de fabricación ofrecen ventajas sobre los componentes metálicos, o cuando sus ventajas en relación con el material no chapado debido a una mayor dureza, rigidez, estabilidad dimensional y peso reducido son evidentes. Particularmente en las industrias del automóvil, radiodifusión, audio, electrónica, revestimiento, instrumentos de escritura y relojería, los polímeros galvanizados encuentran aplicación como accesorios, cubiertas, manijas, botones, palancas, llaves, marcos y carcasas. Los usos van desde parrillas de radiador hasta esferas para relojes de pulsera. El énfasis ha pasado de los efectos decorativos (p. ej., para artículos de moda como hebillas, botones, cierres y cadenas) a componentes funcionales como chasis, escudos, guías de ondas e interruptores en la industria eléctrica.
