¿Cómo afecta la selección del sustrato al rendimiento del recubrimiento MAO?
El Papel Fundamental del Sustrato en el Rendimiento del Recubrimiento MAO
La selección del sustrato es, sin duda, el factor más crítico para determinar el rendimiento, la calidad e incluso la viabilidad de un recubrimiento de Micro-arc Oxidation (MAO). El sustrato no es una base pasiva, sino un participante activo en la reacción electroquímica, influyendo directamente en el mecanismo de crecimiento, la microestructura y las propiedades finales del recubrimiento. Elegir el material incorrecto puede generar un recubrimiento poroso, con mala adhesión o funcionalmente inadecuado.
Compatibilidad Fundamental: El Requisito de Metal Válvula
Antes que nada, el sustrato debe ser un “metal válvula”, principalmente aluminio, magnesio o titanio. Estos metales forman una capa de óxido estable, adherente y pasivante cuando son polarizados anódicamente. Esta capa natural es el precursor que el proceso MAO transforma en un recubrimiento cerámico grueso. Metales como zinc, cobre y acero no pueden formar esta capa protectora y, por tanto, son incompatibles; simplemente se disolverían o formarían una escala no protectora bajo los altos voltajes utilizados.
El Impacto de la Composición de la Aleación en la Estructura del Recubrimiento
Incluso dentro de los metales compatibles, la composición de la aleación tiene un impacto profundo. Los elementos aleantes crean fases secundarias que reaccionan de manera distinta durante el proceso MAO.
Aleaciones de Aluminio:
Silicio (Si): El alto contenido de silicio, como en aleaciones típicas de fundición a presión como A380, es el desafío más común. Las partículas de silicio permanecen prácticamente inertes y sin oxidar, quedando incrustadas en el recubrimiento de alúmina en crecimiento. Esto interrumpe la uniformidad del recubrimiento, generando una estructura más porosa y heterogénea que compromete la resistencia a la corrosión y al desgaste. Para un rendimiento óptimo, se prefiere una aleación de bajo contenido de silicio como A360.
Cobre (Cu): Las fases ricas en cobre se oxidan a diferentes velocidades y pueden crear puntos débiles en el recubrimiento. Estas áreas son altamente susceptibles a la corrosión galvánica localizada, degradando gravemente la función protectora del recubrimiento.
Aleaciones de Magnesio: Aunque MAO es excelente para proteger magnesio reactivo, un alto contenido de impurezas (como Fe o Ni) puede crear sitios donde inicia corrosión por picadura debajo de un recubrimiento aparentemente sano.
Aleaciones de Titanio: Generalmente presentan excelente compatibilidad, con la mayoría de aleaciones formando recubrimientos de alta calidad y buena adhesión.
Influencia en las Propiedades Funcionales del Recubrimiento
La composición del sustrato dicta directamente parámetros clave de rendimiento:
Adhesión: Una aleación compatible permite la formación de un gradiente metalúrgico limpio desde el metal hacia la cerámica, garantizando excelente adhesión. Elementos incompatibles crean interfaces débiles propensas a la delaminación.
Resistencia a la Corrosión: Un recubrimiento uniforme y libre de defectos sobre un sustrato compatible (por ejemplo, A360) ofrece una barrera superior, alcanzando fácilmente más de 1000 horas en pruebas de niebla salina. En una aleación como A380, las partículas de silicio incrustadas crean vías para agentes corrosivos, conduciendo a fallas prematuras.
Resistencia al Desgaste y Dureza: El crecimiento de la fase protectora de alfa-alúmina es más consistente en un sustrato uniforme. Elementos disruptivos como el silicio pueden actuar como concentradores de tensión, reduciendo la resistencia general a la abrasión.
Implicaciones Prácticas para Diseño y Manufactura
La selección del sustrato no puede ser una consideración tardía. Es una decisión fundamental tomada durante la fase de diseño de piezas de fundición a presión. Especificar la correcta aleación de aluminio para fundición según el rendimiento requerido del recubrimiento es esencial.
Aunque una aleación de alto contenido de silicio puede ser más barata y fácil de fundir, el recubrimiento MAO resultante será inferior y puede causar fallas funcionales, anulando cualquier ahorro inicial y comprometiendo la integridad del producto en servicio.
