La inminente prohibición del cromo (VI) .... presiona a la industria: perspectivas con la tecnología de capa fina en el taller de la EFDS celebrado los días 14 y 15 de mayo en Dresde.
Udo Klotzbach, Director General de la Sociedad Europea de Investigación de Películas Finas (EFDS), dio la bienvenida a los 45 participantes en un intercambio de conocimientos y experiencias sobre las oportunidades y retos que plantea el uso de tecnologías alternativas respetuosas con el medio ambiente. El cromo se utiliza en muchas superficies tanto para mejorar la protección contra la corrosión como por razones estéticas. Por ello, muchas industrias se ven afectadas por el reglamento REACh y los requisitos asociados.
Al taller asistieron usuarios que electrodepositan cromo duro a partir de electrolitos de cromo (VI) y usuarios que ya han cambiado a electrolitos de cromo (III). También participaron fabricantes de sistemas para tecnologías PVD (deposición física de vapor). Las presentaciones -también sobre los requisitos legales actuales- resultaron muy interesantes para todos los participantes.
Cromo(VI): situación actual, cromo(III), presión de sustitución
ElDr. Malte M. Zimmer, Zentralverband Oberflächentechnik e.V., habló sobre el marco normativo actual (Foto: EFDS e.V.)Uwe König, eiffo eG, habló sobre la sustitución del cromo(VI) en el marco de REACh. La sustitución de sustancias peligrosas por alternativas menos peligrosas o de menor riesgo obedece a diversos aspectos, como la protección de la salud y el medio ambiente, la existencia de normativas estrictas y la reducción de los riesgos de responsabilidad civil. Según König, entre los obstáculos a la sustitución figuran la pérdida de flexibilidad, la transferencia de conocimientos a los competidores, la pérdida de proveedores principales, la competencia en la cadena de suministro, pero también la sensación de sentirse mandado. König resumió que los esfuerzos coordinados, los incentivos legales aún más fuertes y la formación del personal en los posibles procedimientos de sustitución ayudarían a superar los obstáculos. Se necesitan esfuerzos coordinados de la industria, el gobierno y las instituciones de investigación para introducir en el mercado nuevos procesos que sean técnicamente viables, respetuosos con el medio ambiente y, si es posible, económicos.
En su presentación, el Dr. Malte M. Zimmer, de Zentralverband Oberflächentechnik e.V., habló del cromo (VI) y del marco normativo actual. Subrayó que no existe la amenaza de una prohibición del cromo (VI): ya está aquí. Las solicitudes de autorización fueron muy costosas para las respectivas empresas y nadie puede predecir si habrá exenciones. Todos los que presentaron una solicitud de autorización antes de 2017 pueden seguir produciendo por el momento. Actualmente existe una gran incertidumbre sobre cómo proceder con las tecnologías probadas de cromo (VI) en la UE. En el animado debate se expresó el temor a una prohibición inmediata de la producción de procesos de cromo (VI).
Martin Leimbach, de la Universidad Tecnológica de Ilmenau, presentó procesos de deposición electroquímica de cromo a partir de electrolitos de cromo(III). Sin embargo, para aplicaciones decorativas, los electrolitos de cromo (III) son bastante competitivos con los de cromo (VI) si se acepta el color ligeramente amarillento. También tienen un menor rendimiento de corriente. La incorporación de metales extraños influye en el crecimiento de la capa, lo que no sólo modifica el color, sino también la resistencia a la corrosión. Aunque esto se puede contrarrestar añadiendo sustancias orgánicas, entonces hay que adaptar el tratamiento de las aguas residuales. Definitivamente, es necesario seguir investigando para poder utilizar electrolitos de cromo (III) de forma fiable como sustitutos de los electrolitos de cromo (VI).
Potencial de sustitución de las tecnologías de capa fina
Otmar Zimmer, del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Rayos IWS, informó sobre revestimientos funcionales de PVD con perfiles de propiedades variables. Para muchas aplicaciones, los recubrimientos de cromo depositados previamente de forma galvánica pueden sustituirse por procesos de PVD. El cromo se vaporiza en el vacío y se condensa como capa sólida sobre el sustrato. Los costes del sistema dependen del tamaño de la cámara y del equipo. Dependiendo del proceso de PVD, se obtienen revestimientos lisos, compactos o densos y duros, que cumplen requisitos especiales en cuanto a protección contra el desgaste y tribología o aspecto decorativo y protección contra la corrosión. En función de la tarea, se aplican revestimientos de composición especial (por ejemplo, Cr/CrN, AlCrSiN/TiN).
"Los espesores de revestimiento uniformes se consiguen girando las piezas alrededor de varios ejes en la cámara de PVD a velocidad constante. "
Matthias Janke, de Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH, presentó alternativas de recubrimiento específicas para cada aplicación al cromo duro. Los revestimientos PVD se utilizan para una amplia gama de aplicaciones en las industrias aeroespacial, energética, de herramientas y de tecnología médica, así como en la ingeniería de automoción. Se consiguen espesores de recubrimiento uniformes girando las piezas alrededor de varios ejes en la cámara de PVD a velocidad constante. No sólo hay que tener en cuenta el revestimiento aplicado, sino todo el sistema. Por ello, Janke subrayó la importancia de contar con científicos de materiales que conozcan los materiales, los recubrimientos funcionales y las tecnologías de proceso y que colaboren con los ingenieros de software para encontrar soluciones óptimas.
La presentación de Romain Waidelich, de Inorcoat INOR PCT GmbH, también se centró en los procesos de PVD que sustituyen a los electrolitos galvánicos de cromo (VI). Inorcoat fabrica sistemas de PVD para revestimientos individuales y flexibles de varios tamaños con cámaras de hasta 5 metros de altura. Por ejemplo, se suministró un sistema PVD a Croacia para la producción de monedas de euro. Sustituir las tecnologías convencionales y utilizar nuevas tecnologías es posible, como demuestran los numerosos ejemplos. Sin duda se pueden conseguir ventajas económicas.
En comparación con las capas de cromo electrodepositado, los revestimientos PVD tienen mejores propiedades mecánicas y son respetuosos con el medio ambiente, pero también costosos, resumió su intervención Ron Dielis, de Ionbon Netherlands B.V. Los recubrimientos PVD, PACVD y CVD pueden utilizarse para aplicar diversos materiales de recubrimiento, como cerámicas (nitruros, carburos, óxidos), así como carbono diamantado o amorfo, cromo, titanio, aluminio, circonio y silicio. Esto hace posible una gran variedad de aplicaciones.
" El níquel puede provocar alergias, por lo que los fabricantes de joyas, vidrios, mangos o elementos de control deben cumplir las especificaciones de permeabilidad máxima al níquel. "
Jan Michael, del Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH, presentó estudios para caracterizar la permeabilidad al níquel (liberación de níquel a través del sudor en la piel, por ejemplo) de componentes de plástico cromados. La resistencia al níquel de los componentes cromados con electrolitos de Cr(III) tiende a ser mayor que la de los componentes cromados con electrolitos de Cr(VI). En la gran mayoría de los casos, no se superó el valor límite de permeabilidad al níquel de acuerdo con la norma DIN EN 12472 para los componentes recubiertos con Cr(VI), mientras que sí se superaron los valores límite para los componentes recubiertos con Cr(III). Se observó un aumento de la resistencia al níquel con el aumento de la complejidad geométrica de los componentes. Sin embargo, los ensayos se realizaron sin especificar el espesor del recubrimiento de cromo. El níquel puede provocar alergias, por lo que los fabricantes de joyas, vasos, mangos o elementos de control deben cumplir las especificaciones de resistencia máxima al níquel.
Los procesos PACVD se utilizan como protección contra el desgaste y la corrosión de los vástagos de pistón en la industria hidráulica, según informó Annika Wagner, de Rübig GmbH & Co KG Austria. La combinación de nitruración y posoxidación en un solo proceso ofrece una buena protección contra la corrosión y el desgaste de los vástagos de pistón. Para requisitos de corrosión elevados (500 horas en un ensayo de niebla salina), la combinación de nitruración por plasma y recubrimiento DLC (carbono diamante) en un solo proceso ha demostrado su eficacia. Como alternativas sin cromo para el recubrimiento de vástagos de pistón, los recubrimientos (nitruración gaseosa) GasOx, (nitruración por plasma) PlasOx o DLC ofrecen una muy buena protección contra el desgaste con buenas propiedades superficiales en términos de características de rugosidad y humectabilidad, así como una resistencia a la corrosión de buena a muy buena.
"Numerosos estudios han llegado a la conclusión de que, añadiendo magnesio, los revestimientos PVD son una buena alternativa al cromo duro. "
Martin Fenker, del Instituto de Investigación de Metales Preciosos y Química Metálica, habló del desarrollo de revestimientos conformes con REACh basados en metales refractarios y magnesio mediante pulverización catódica por magnetrón. La conclusión de numerosos estudios es que, añadiendo magnesio, los revestimientos PVD son una buena alternativa al cromo duro. Las capas de titanio-magnesio-nitruro y de circonio-magnesio-nitruro se produjeron mediante pulverización catódica por magnetrón con dos fuentes de pulverización catódica. La dureza y el potencial de corrosión de los recubrimientos dependen en gran medida del contenido de Mg.
Konrad Bienk, de CemeCon Scandinavia A/S, Dinamarca, habló del sputtering PVD y del HiPIMS como sustituto del cromo duro y presentó aplicaciones. El HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) puede utilizarse como sustituto, pero cada aplicación debe someterse a pruebas críticas. Debido al tamaño de la cámara, por ejemplo, existen importantes limitaciones técnicas en cuanto al tamaño de las piezas. Además, no se pueden recubrir agujeros. El sputtering magnetrónico HiPIMS es el más adecuado para piezas pequeñas. La fijación de las piezas, la dosificación y la automatización son esenciales en el proceso. Para lograr una buena adherencia es necesario preparar bien la superficie.
Animados debates en la cena celebrada en el Sophienkeller de Dresde (Foto: EFDS e.V.)
¿Cuál es el futuro del cromado duro?
En la mesa redonda moderada por Matthias Enseling, de VECCO e.V., volvió a quedar clara la incierta situación actual en el tratamiento del cromo (VI). Cabe suponer que se introducirán restricciones con algunas excepciones. En nombre de la Comisión Europea, la Agencia Europea de Sustancias y Preparados Químicos ECHA debe elaborar una propuesta de restricción REACh para determinados compuestos de cromo (VI) que actualmente figuran en la lista de autorización de sustancias extremadamente preocupantes. El plazo para ello expiró sin resultado el 20 de abril de 2024. Todas las empresas que presentaron una solicitud de autorización para el trióxido de cromo antes de la fecha de expiración (21 de septiembre de 2017) pueden seguir recubriendo durante el periodo transitorio. No obstante, se aconseja a las empresas del sector de la galvanoplastia y la tecnología de superficies que se preparen para la sustitución del trióxido de cromo. Es difícil evaluar las tecnologías sin cromo (VI), por ejemplo en comparación con el proceso de cromado duro, de eficacia probada. Se expresó el deseo de disponer de una lista de comprobación. Una visión de conjunto que proporcione a los usuarios información sobre las alternativas en función de los requisitos, las condiciones del proceso y la información sobre el grosor del revestimiento, la geometría de la pieza, la tribología, la resistencia a la corrosión, la protección contra el desgaste, etc. En el animado debate se resumieron muchos puntos. Sin embargo, quedó sin respuesta la cuestión de quién elaboraría dicha lista.
En general, el taller fue muy informativo y los participantes aprovecharon la oportunidad para intercambiar ideas. Muchas personas tienen dudas sobre cómo planificar. Se preguntan, por ejemplo, si habrá que sustituir los procesos convencionales o si ahora aumentará la demanda de tecnologías de PVD. La visita guiada a los laboratorios del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Rayos IWS puso el broche final al acto y proporcionó una muy buena visión de los últimos avances en el campo del recubrimiento PVD.
