Ataque qumico metalogrficopor Alberto Fuentes Prego2008

La metalografa consiste en el estudio de la constitucin y la estructura de los metales y aleaciones. La forma ms sencilla de hacer dicho estudio es examinando las superficies metlicas a simple vista, pudiendo determinar de esta forma las caractersticas macroscpicas. Este examen se denomina macrogrfico del cual se pueden obtener datos sobre los tratamientos mecnicos sufridos por el material. En el examen microgrfico es posible determinar el tamao de grano, el tamao, forma y distribucin de las distintas fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecnicas del material.

El examen microgrfico es una tcnica ms avanzada que el macrogrfico y necesita de una preparacin ms especial y cuidadosa de la muestra.

Si bien para un estudio de la estructura microscpica se necesita una preparacin ms cuidadosa de la superficie, el procedimiento de preparacin de la superficie es bsicamente el mismo para ambos ensayos metalogrficos.

Los tres pasos bsicos que se requieren antes del ataque qumico para su posterior estudio son:

1. Corte transversalde la zona de estudio de la muestra.
La ubicacin de las muestras y la forma en que se corten afectarn a los resultados y a su posterior interpretacin.

2. Montaje.
Si la muestra que va a examinarse es lo suficientemente grande como para sujetarse con la mano, no es necesario montarla. La mayora de las veces la muestra es demasiado pequea como para que pueda sostenerse mientras se pule, por tanto, es necesario encerrarla en resina epxicaso fenlicas.Tambin pueden usarse resinas termoplsticas transparentes.

3. Desbaste y pulido.
Es necesario realizar primeramente un desbaste grueso (granos: 120, 140, 160), luego uno ms fino (grano 320 en adelante) y luego un pulido con pao y suspensin de almina (este ltimo no ms de dos minutos).

Tras realizar estos pasos previos obligatorios se procede con el ataque. Este ataque permite poner en evidencia la estructura del metal o aleacin. Existen diversos mtodos de ataque pero el ms utilizado es el ataque qumico. El ataque qumico puede hacerse sumergiendo la muestra en un reactivo adecuado, o pasar sobre la cara pulida un algodn embebido en dicho reactivo. Luego se lava la probeta con agua, se enjuaga con alcohol o ter y se seca en corriente de aire. El fundamento se basa en que el constituyente metalogrfico de mayor velocidad de reaccin se ataca ms rpido y se ver ms oscuro al microscopio, y el menos atacable permanecer ms brillante, reflejar ms la luz y se ver ms brillante al microscopio.

Por otro lado, en los metales con un solo constituyente metalogrfico, los lmites de grano estn sujetos a ataques selectivos, puesto que representan zonas de imperfeccin cristalina e impurezas que aceleran el ataque local. Adems los granos con orientaciones distintas son atacados con diferente intensidad, dado que esta diferencia en la orientacin provoca velocidades de ataque diferentes.


En la siguiente figura se observa como vara el aspecto superficial de cada uno de los granos. Se debe evitar el sobreataque, dado que la superficie se puede manchar y tapar la estructura o producirse manchas de corrosin. En caso de que esto sucediera se deber proceder a un nuevo desbaste y pulido (dependiendo del grado de sobreataque).

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Ilustracin 1: Resultado de la presencia de granos diversamente orientados y bordes de grano.
Para que el ataque del metal o aleacin sea perfecto y muestre claramente los detalles estructurales deseados, es necesario que la composicin del reactivo empleado corresponda exactamente a la composicin de la probeta y las distintas fases que la constituyen. A continuacin se muestran algunos de los reactivos empleados:fuentes2.png
Ilustracin 2: Tabla de reactivos ms utilizados.

Un reactivo comn para atacar hierros y aceros al carbono en general es el nital, que consiste en 5% de cido ntrico concentrado en alcohol etlico (en 100 cm3 de alcohol etlico 95% agregar 5 cm3 de HNO3 concentrado).

Para su aplicacin, se toma la muestra con unas pinzas con la cara pulida hacia arriba, se vierte unas gotas de nital sobre la muestra (lavada y secada previamente) asegurndose que el nital cubra toda la cara (con algunos movimientos de la pinza). Por lo comn es adecuado de 3 a 5 segundos para que el ataque qumico sea adecuado. El nital oscurece la perlita y pone de manifiesto los bordes de la ferrita. Ferrita y cementita blancos y perlita ms oscura (lminas claras y oscuras semejante a una impronta digital). Inmediatamente despus se lava la muestra con elevada agua destilada, se enjuaga con alcohol y se seca mediante un golpe de aire.

Para la fijacin del revelado y evitar la oxidacin de la muestra se puede usar una laca fijadora en forma de aerosol proyectndola sobre la superficie adecuada.



Ilustracin 3: Granos de Ferrita (blanco) y perlita (lminas blancas y oscuras) reveladas tras ataque qumico en un acero de construccin de alta ductilidad

Lacorrosinse define como el deterioro de un material a consecuencia de unataque electroqumicopor su entorno. De manera ms general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma ms estable o de menorenerga interna. Siempre que la corrosin est originada por una reaccin electroqumica (oxidacin), la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestin. Otros materiales no metlicos tambin sufren corrosin mediante otros mecanismos. El proceso de corrosin es natural y espontneo.La corrosin es una reaccin qumica (oxidorreduccin) en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reaccin electroqumica.Los factores ms conocidos son las alteraciones qumicas de los metales a causa del aire, como laherrumbredelhierroy elaceroo la formacin de ptina verde en elcobrey sus aleaciones (bronce,latn).Sin embargo, la corrosin es un fenmeno mucho ms amplio que afecta a todos losmateriales(metales,cermicas,polmeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos,atmsfera, alta temperatura, etc.).Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, adems, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantosnanmetrosopicmetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.La corrosin es un campo de lasciencias de materialesque invoca a la vez nociones de qumica y de fsica (fsicoqumica).

Corrosin qumica[editar]En la corrosin qumica un material se disuelve en un medio corrosivo lquido y este se seguir disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el lquido y dems para todos.Las aleaciones base cobre desarrollan una barniz verde a causa de la formacin de carbonato e hidrxidos de cobre, esta es la razn por la cual laEstatua de la Libertadse ve con ese color verduzco.

Ataque qumico a los polmeros[editar]Los plsticos son considerados resistentes a la corrosin, por ejemplo elteflny elvitnson algunos de los materiales ms resistentes, estos resisten muchos cidos, bases y lquidos orgnicos pero existen algunos solventes agresivos a lostermoplsticos, es decir las molculas del solvente ms pequeas separan las cadenas de los plsticos provocando hinchazn que ocasiona grietas.

lataque qumico hmedotambin conocido comofresado qumicoes una tcnica de remocin de material, la cual se fundamenta en la eliminacin dematerialno deseado por ataque de unasustancia qumicaactiva, como puede ser una solucin acuosacidaoalcalina. Las partes que no se desee que sean atacadas han de ser protegidas con recubrimientos aislantes. Modificando dichos aislamientos entre ataques se pueden conseguir diferentes geometras, as como mayores profundidades si se hace en varios pasos.

Historia[editar]El ataque qumico hmedo puede que sea uno de los ms antiguos mtodos degrabadono convencional, puesto que losegipcios, en el ao 2300ACya lo utilizaban para conformarcobremediante el uso decido ctrico. Desde entonces, es un proceso que ha evolucionado constantemente, llegando hasta el siglo XIX para su uso engrabadosdecorativos. Posteriormente, una de las mayores aportaciones constructivas al proceso se produjo gracias a lafotografa, disciplina en la que se empezaron a utilizarmaterialesfotosensiblespara grabar sobrealeacionesdeestao-plomo. La principal aplicacin en nuestros das es en la industriaelectrnica, as como enaeronuticaymicroelectromecnica.Descripcin[editar]La eliminacin dematerialpuede llevarse a cabo mediante la inmersin en lasustanciaatacante, o bien por simple proyeccin de la misma. Es un proceso adecuado para grandes superficies, como recubrimientos deala, ya que el ataque se produce en funcin del tiempo, independientemente de la extensin de la pieza. Si bien las velocidades demecanizadoque se consiguen no son muy elevadas, se cuenta con la ventaja de poder atacar toda la pieza de una vez. Por esta razn se tardara el mismo tiempo enmecanizaruna pieza pequea, como uncircuito impreso, que una grande como podra ser un panel desatlite. El tiempo que la pieza est sumergida en la solucincorrosivaes, por tanto, el factor a controlar puesto que de l depende la cantidad dematerialeliminado. Se observa sin embargo que la actividad de dichasustanciava disminuyendo conforme avanza el tiempo, lo cual se trata de paliar en parte mediante la agitacin de la misma con el fin de renovar la sustancia activa en las zonas de ataque. Adems, para conseguir una mejor evacuacin de los residuos dematerialeliminado se suelen disponer las piezas en posicin vertical, ya que porgravedadse depositarn dichos restos en el fondo de la cubeta de inmersin.Proceso[editar]El proceso a seguir puede verse resumido segn las siguientes fases:Eliminacin detensionesresiduales en la pieza previa al fresado qumico para prevenir alabeos tras el proceso.

Desengrase, para asegurar una buena adhesin entre el enmascarante y elmaterial.

Chorreado.

Aplicacin del producto enmascarante.

Trazado de la mscara (manual o mediantelser).

Pelado de la misma.

Ataque con la sustancia activa.

Una vez finalizado elmecanizado, se procede a retirar la mscara, y a lavar concienzudamente la pieza a fin de evitar el ataque de posibles agentes residuales.

La parte fresada qumicamente puede ser posteriormentemecanizadamediante otros procesos de acabado.

Materiales[editar]Para atacaracerocon este proceso se utilizan loscidos, como elclorhdrico (HCl)o elntrico (HNO3), mientras que para aleaciones ligeras se emplean lasbases, como puede ser lasosa (NaOH)o lapotasa (KOH). En el caso deltitaniose trata de sumergir la pieza en una mezcla decido ntrico-fluorhdricoen presencia de untensoactivoa unos 400Cdetemperatura. El aislante usado para las zonas que no se deseen atacar es un compuesto de base deneoprenoocopolmerodeisobutileno-isopropileno. Se suele enmascarar toda la pieza para despus proceder a la eliminacin del aislante de las zonas a atacar mediante procesos de corte convencional, o ms modernamente contecnologaslser.

Fresado qumico encloruro frricopara produccin casera decircuitos impresos.Los siguientes metales y aleaciones son comnmente mecanizados mediantecloruro frrico:Aluminio

Latn

Cobre

Berilio-Cobre

Nquel

Nquel-Plata

Fsforo-Bronce

Acero al carbono

Acero Inoxidable- Serie 300, Serie 400, PH15-7, PH17-7

Acero elstico

Cinc

Monel

Alloy 42

Kovar

Parmetros[editar]

Factor de Ataque lateral en fresado qumico.Velocidad de ataque de unos 002mm/minuto (~1-2mm/hora).

Acabado superficialRa~2-15m.

Laprecisinobtenida no es muy elevada, del orden de 01mm, debido a que se trata de disminuir el espesor de una gran superficie ms que de unmecanizadodeprecisin.

Las piezas sufren de un ataque lateral, aunque ste no es muy acusado, con un factor de ataque D/a>1. El lmite para que no se produzca un sobrevuelo del borde est alrededor de 3 o 4mm.

Inhibidores[editar]Adems de la sustancia activa, se incluyen otros compuestos como los inhibidores, que se encargan de:Disminuir lasreaccionesviolentas (evitar el burbujeo).

Que se produzca undesgasteuniforme.

Evitar la absorcin dehidrgenoen elmaterial, especialmente importante enaleacionesdealuminioen las que se produciraenfragilizacin.

Ventajas e inconvenientes[editar]Ventajas[editar]Disminucin uniforme, en tiempo (se produce poco a poco) y espacio, del espesor. Por tanto no produce distorsiones en paredes de seccin delgada.

Disminucin progresiva del ataque qumico. Esto puede considerarse una ventaja en caso de que la pieza se deje por descuido en el bao, puesto que llegar un momento en el que la solucin sepasivey no se perder todo elmaterial.

Se pueden conseguir diversas geometras en el espesor cambiando los recubrimientos entre emersin e inmersin en el baocorrosivo.

El tiempo demecanizadono depende de la superficie de la pieza amecanizar, sino nicamente de la profundidad deseada.

Inconvenientes[editar]Espesores limitados: hasta 5mmenTitanioy 12mmenAluminio.

Laprecisindel proceso es baja, ya que no es una de las finalidades de este proceso.

Los defectos superficiales pueden verse reproducidos sobre la superficie acabada.

Los cortes angulosos nunca se podrn producir conradionulo, contarn con unradiode acuerdo, y los bordes de corte resultarn afilados.

Aplicaciones[editar]

Ejemplo de posible pieza realizada mediante fresado qumico.Reduccin de espesor en piezas yamecanizadaspreviamente.

Mejora deacabado superficial.

En piezasfundidas, para la eliminacin de irregularidades e imperfecciones en la superficie.

EnfundicionesdeAluminio, para la mejora de lacalidad superficialy el control dimensional.

Ejemplos de uso[editar]Circuitos impresos,sistemas microelectromecnicos (MEMS), paneles desatlites, recubrimientos deala, etc.Variantes[editar]Troquelado fotoqumico[editar]En esta modificacin del fresado qumico elmaterialse elimina de piezas planas y delgadas mediante tcnicasfotogrficas. De esta manera se puedentroquelarde manera sencilla y sin rebabas geometras complicadas, con bajo costo, puesto que el proceso esautomatizablepara aplicacin en medias o grandes series de produccin. Uno de los inconvenientes de este proceso es la eliminacin de los residuos generados.