Los recubrimientos se utilizan para mejorar las prestaciones de los rodamientos. Aumentan su resistencia a la corrosión, al desgaste y a una lubricación deficiente, y mejoran su aislamiento eléctrico, entre otras características. SKF tiene más de 20 años de experiencia en este área de conocimiento y ha introducido varios productos de éxito en el mercado. NoWear e INSOCOAT se han convertido en marcas muy conocidas.

Valor añadido
En la mayoría de los casos los recubrimientos se usan para mejorar el rendimiento de los rodamientos fabricados con acero estándar para rodamientos. Recubriendo sustratos básicos con materiales dotados de las propiedades deseadas se incorpora valor añadido al rodamiento.

Algunos recubrimientos se depositan en capas muy delgadas. La ventaja de aplicar recubrimientos de unas pocas micras de espesor es que se pueden utilizar rodamientos sin variar las tolerancias. Los rodamientos estándar pueden apartarse de la línea de producción sin tener que efectuar caros cambios en los ajustes de la maquinaria.

La mayoría de los recubrimientos confieren a los rodamientos un aspecto único en su clase. Puesto que este tratamiento los distingue claramente de los productos convencionales, pueden usarse como argumento de marketing, poniendo de relieve la capacidad de presentar productos innovadores.

Para algunas aplicaciones el uso de elementos rodantes de cerámica constituye una buena solución, aunque bastante cara, mientras que para otras no se fabrican modelos de su geometría. En dicho caso, aplicando recubrimientos puede conseguirse que las prestaciones de los rodamientos estándar alcancen el nivel correcto. Este ejemplo muestra que a menudo los rodamientos recubiertos se usan para salvar la diferencia entre el acero estándar para rodamientos y los materiales cerámicos.

 

Las tecnologías de recubrimiento
La ura 1 muestra las tecnologías de recubrimiento usadas por SKF. No hay ninguna distinción claramente delimitada entre tratamientos y recubrimientos. En SKF, los tratamientos de difusión y de implantación se clasifican normalmente como recubrimientos.

Esta visión general presenta tecnologías tradicionales, como la inmersión y el pulverizado con líquidos, la conversión química, el proceso de galvanización y el no electrolítico, pero también tecnologías más sofisticadas, como el pulverizado térmico, el proceso físico de deposición de vapor (PVD) y la difusión o implantación.

 

Pulverizado térmico y de plasma
Básicamente el proceso de pulverizado de plasma consiste en proyectar material fundido sobre una superficie, para producir un recubrimiento uniforme y denso. Se inyecta material en forma de polvo en una llama de plasma de una temperatura muy alta, donde se calienta y acelera rápidamente a alta velocidad. El material caliente impacta sobre la superficie del sustrato y se enfría rápidamente, formando un recubrimiento. El pulverizado de plasma tiene la ventaja de que permite rociar materiales con un punto de fusión muy elevado, como el Al₂O₃.

La marca registrada INSOCOAT, de SKF, representa un recubrimiento de Al₂O₃ aislado eléctricamente que puede soportar tensiones de hasta 3.000 V CC. El INSOCOAT es un producto de éxito en el mercado desde hace más de 20 años (. 2).

 

Recubrimientos de compuesto PTFE
Los recubrimientos de PTFE se usan para evitar el cabeceo y la corrosión de contacto de los aros del rodamiento. Otra de sus aplicaciones es en la zona de contacto deslizante de las rótulas libres de mantenimiento.

El PTFE es un plástico completamente inerte y no puede pegarse con cola ni adherirse con facilidad. Su estructura es como la de la cera, y no es posible ligarlo a una superficie. En los cojinetes lisos, para asegurar la adhesión de capas de PTFE sobre superficies técnicas, se emplean tres métodos diferentes: compuesto bronce sinterizado, tejido PTFE (. 3) y compuesto PTFE.

El compuesto de bronce sinterizado consta de un soporte de acero encobrado que lleva una delgada (0,3 mm) capa de bronce sinterizado. Los poros de esta retícula se llenan de PTFE con MoS₂, formando un revestimiento de 10 a 30 µm de espesor.

El material más común es tejido PTFE ( 3). Entretejiendo PTFE y fibras de vidrio se forma un tejido de dos caras y se fabrica un tejido de apoyo de fibras de vidrio puro. Ambos tejidos se impregnan con resina sintética y laminan para formar el material de revestimiento básico, de un espesor medio de 0,6 mm. El material se adhiere a la superficie de soporte con un proceso especial.

El compuesto PTFE es una poliamida reforzada de fibra de vidrio con aditivos de PTFE. La carga específica, así como la gama de temperaturas, es inferior a la de las dos técnicas antes mencionadas.

 

PVD (proceso físico de deposición de vapor)
Los componentes a tratar se sujetan mediante dispositivos especiales e introducen en una cámara de vacío caliente. Las superficies se bombardean con iones de argón para que queden limpias. Se aplica un potencial negativo en la fuente de proyección. Las descargas de gas evaporan el material de recubrimiento al golpear contra la fuente de proyección. Un gas reactivo transfiere el recubrimiento evaporado y las partículas proyectadas se precipitan sobre el componente sometido a tratamiento (. 4).

Generalmente, el proceso PVD deposita capas muy delgadas de metal y carbono. Los recubrimientos SKF NoWear (. 5) y MoS₂ mezclados con metal, son ejemplos de esta tecnología.

 

Deposición electroquímica
Las sales metálicas se disuelven en agua como iones de carga positiva formando una solución denominada electrolito. Aplicando una intensidad de corriente suficiente, los iones de metal se reducen y forman metal sólido. Normalmente este proceso se denomina galvanoplastia o deposición electroquímica.

El Ni, Cr, Zn/Fe, Ag y Au pueden depositarse electroquímicamente. El nTDC (cromo denso fino y nodular) es un recubrimiento resistente a la corrosión con un coeficiente de fricción bajo.

 

Implantación
Se aplica por un proceso especial de pulverizado en frío en el cual micropartículas de lubricante sólido penetran en el material hasta una profundidad de unas pocas micras, quedando allí incrustadas. El equipo de implantación de iones consta por lo general de una «fuente de iones», donde se generan iones del elemento deseado. Los iones se aceleran electrostáticamente, siendo proyectados contra el objetivo (. 7).

Un proceso para la implantación por MoS₂ se denomina Microseal, de Microseal Industries Inc. (sufijo VL049 en la designación de SKF), utilizado para reducir la fricción y el desgaste.

 

Métodos de medición y garantía de calidad
En algunos casos no pueden emplearse los métodos de medición convencionales para determinar las propiedades del recubrimiento. En general, el poco espesor de las capas y las combinaciones de diferentes materiales no permiten aplicar métodos convencionales. Para superar estos problemas se han desarrollado nuevos procedimientos de medición.

 

Medición de la resistencia al desgaste y coeficiente de fricción
Los principales elementos del equipo usado en este método son una bola y un disco de rotación independiente (. 6). El ajuste de la velocidad produce contacto rodante o deslizamiento en la zona de contacto. El coeficiente de fricción se determina de la siguiente manera, µ=F_r/F_n, en donde F_r = fuerza de fricción y F_n = fuerza normal.

El coeficiente de desgaste se calcula midiendo el tiempo que tarda el recubrimiento en desgastarse. La desaparición del recubrimiento se indica mediante un cambio en el coeficiente de fricción.

 

Dureza
La dureza de las capas delgadas de recubrimiento se mide mediante la prueba de indentación. En el sistema Vickers, la base para calcular la dureza es la medición de la diagonal de la mella piramidal. Es importante que la penetración no supere el 10 por ciento del espesor del recubrimiento, puesto que si excediera este valor el resultado estaría influenciado por el material del sustrato. No existe ningún estándar para la medición de la microdureza de los recubrimientos delgados.

 

Adhesión
Los métodos de ensayo comunes son las pruebas de dureza Rockwell C y el rayado.

La prueba de adhesión mediante el ensayo Rockwell C VDI 3824 se efectúa de igual modo que la de la dureza Rockwell C estándar (. 8). El tamaño y tipo de recubrimiento que se desconcha en la mella producida y a su alrededor se estudia mediante un microscopio óptico y se compara con una serie de imágenes.

Otro método es el ensayo de rayado superficial VDI 3824. La superficie de la muestra se raya con un cono Rockwell (. 9). La carga del indentador se incrementa constantemente y la huella producida se inspecciona con el microscopio para determinar la carga crítica. La distancia entre el comienzo de la huella y el fallo indica la carga crítica. Ésta se alcanza cuando el
recubrimiento empieza a desconcharse.

 

Espesor del recubrimiento
Un método no destructivo es el análisis con rayos X fluorescentes (XRF) VDI 3824. La superficie se expone a radiación con rayos X. La intensidad de las líneas de fluorescencia de los rayos X en el recubrimiento se usa como una magnitud del espesor del mismo.

Las mediciones mediante microscopio óptico en la sección metalográfica de base esférica, también denominadas test de Calo (. 10), son destructivas y se realizan como sigue: en la superficie del sustrato se esmerila una cavidad esférica mediante una bola y pasta de diamante. La dimensión del cráter permite calcular el espesor del recubrimiento.

 

Conclusiones
Esta presentación muestra que algunos de los recubrimientos ya se han introducido con éxito en el mercado. El NoWear por ejemplo, está sólidamente establecido gracias a sus características de prevención de la adherencia de metal y reducción de la fricción.

El trabajo de desarrollo de los recubrimientos proseguirá, con un enfoque claro en las funciones. Esto significa que la línea de desarrollo adoptada ofrecerá nuevos productos que aportarán valor añadido en aplicaciones y segmentos específicos, ya que no es probable que se encuentre un recubrimiento universal que resuelva una gran diversidad de problemas.

Para que este sector pueda expandirse no basta con considerar los recubrimientos como una solución de emergencia cuando se avería un rodamiento, sino centrar la atención en las tecnologías aplicables en la fase inicial del proceso de desarrollo, para evitar de forma proactiva un funcionamiento deficiente de los rodamientos.