Una avanzada t\u00e9cnica de tratamiento de superficies met\u00e1licas est\u00e1 siendo desarrollada por un equipo de investigadores del Instituto de F\u00edsica de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) en asociaci\u00f3n con la empresa Eaton, de la ciudad de Valinhos. El objetivo de la investigaci\u00f3n es dotar de mayor resistencia a los componentes de la transmisi\u00f3n de veh\u00edculos automotores, la popularmente conocida caja de cambio. Este proceso, denominado nitruraci\u00f3n con plasma en horno de vac\u00edo, est\u00e1 siendo experimentado por primera vez en el mundo en este tipo de componente, y va a permitir que la superficie de las piezas se torne m\u00e1s dura, y menos sujeta a la corrosi\u00f3n y al efecto del rozamiento, generando as\u00ed mejoras de rendimiento y durabilidad.<\/p>\n
La implementaci\u00f3n de este proceso es financiada por la FAPESP a trav\u00e9s del Programa Asociaci\u00f3n para la Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica (PITE, sigla en portugu\u00e9s). Con un valor de casi 2 millones de reales, el proyecto con una participaci\u00f3n de un 56% de la divisi\u00f3n brasile\u00f1a de la empresa Eaton Corporation, l\u00edder mundial en la fabricaci\u00f3n de cajas de transmisi\u00f3n. Parte de los recursos fueron utilizados para la construcci\u00f3n del Laboratorio de Implante I\u00f3nico y Tratamiento de Superficies (Liits), inaugurado en agosto en la Unicamp. Toda la estructura de los equipos -el horno con c\u00e1mara de vac\u00edo, el panel de control de temperatura, la fuente de tensi\u00f3n para la generaci\u00f3n del plasma y el stock de gases- fue proyectada por los investigadores y construida en el pa\u00eds. El laboratorio constituye una planta de investigaci\u00f3n y desarrollo con un alto nivel de sofisticaci\u00f3n, y cuenta con avanzadas t\u00e9cnicas de an\u00e1lisis y caracterizaci\u00f3n.<\/p>\n
La novedad de las investigaciones del grupo de la Unicamp, coordinadas por los f\u00edsicos Daniel Wisnivesky y Fernando Alvarez, reside en la utilizaci\u00f3n de los hornos de plasma para la nitruraci\u00f3n de metales, un avance con relaci\u00f3n al proceso termoqu\u00edmico utilizado por la industria metalmec\u00e1nica para alterar las propiedades de dureza superficial, corrosi\u00f3n y resistencia t\u00e9rmica de los materiales. Los m\u00e9todos convencionales m\u00e1s empleados en Brasil recurren a los ba\u00f1os de sal o la nitruraci\u00f3n gaseosa.<\/p>\n
Nitrurar un metal significa incorporarle a \u00e9ste iones de nitr\u00f3geno en su superficie. Esos iones son posteriormente difundidos t\u00e9rmicamente en el metal, penetrando alrededor de 0,5 mil\u00edmetro en el interior de la pieza, formando nitruros, elementos que le otorgan una mayor dureza superficial. Mediante el proceso realizado con plasma -un gas ionizado que contiene electrones, iones y \u00e1tomos neutros- las piezas de metal son depositadas dentro de un horno de vac\u00edo para su tratamiento, a una presi\u00f3n de entre 1 y 10 milibares, es decir, entre mil y cien veces menor que la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica al nivel del mar.<\/p>\n
Menor temperatura La nueva tecnolog\u00eda tambi\u00e9n es m\u00e1s econ\u00f3mica, ya que consume menos energ\u00eda. Y genera tambi\u00e9n beneficios ambientales, al utilizar m\u00e9todos limpios y no contaminantes. “Utilizamos una reducida cantidad de gases no t\u00f3xicos (nitr\u00f3geno e hidr\u00f3geno), mientras que los procesos convencionales utilizan sales y gases t\u00f3xicos”, dice Alvarez. Asimismo, mientras la nitruraci\u00f3n gaseosa produce en la superficie del metal una capa compuesta y de caracter\u00edsticas quebradizas, denominada “capa blanca”, la nitruraci\u00f3n con plasma genera una cobertura densa, no porosa y muy dura.<\/p>\n Al margen de su aplicaci\u00f3n en piezas y componentes de la industria automotriz, tales como v\u00e1lvulas, engranajes y pistones, la nitruraci\u00f3n con plasma puede emplearse tambi\u00e9n en forjas, sider\u00fargicas e industrias mec\u00e1nicas e hidr\u00e1ulicas para el tratamiento de herramientas y el mecanizado de metales, moldes de inyecci\u00f3n de pl\u00e1sticos, pr\u00f3tesis y moldes de aluminio. Actualmente, esta t\u00e9cnica es utilizada en el tratamiento de aceros al carbono, metales ferrosos, aleaciones, refractarios y, m\u00e1s recientemente, comenz\u00f3 a usarse tambi\u00e9n en superficies de aluminio.<\/p>\n Una de las ventajas de la nitruraci\u00f3n i\u00f3nica es el control del proceso por computadora, que permite el tratamiento de la superficie de manera controlada y uniforme en toda la pieza. Por tal motivo, es tambi\u00e9n posible reproducir la operaci\u00f3n varias veces en diferentes componentes, con un mismo nivel de eficiencia. “Al final del tratamiento, la pieza adquiere una resistencia hasta cuatro veces mayor, dependiendo del material”, dice Alvarez.<\/p>\n Para Eaton, la asociaci\u00f3n con la Unicamp es altamente ventajosa. “Ellos tienen\u00a0know-how<\/em> en el \u00e1rea de nitruraci\u00f3n por plasma y est\u00e1n capacitados para caracterizar la estructura del material una vez terminado el proceso”, afirma el ingeniero de materiales Ant\u00f4nio Carlos Zambon, gerente del sector de tratamientos t\u00e9rmicos de la f\u00e1brica de Eaton. Seg\u00fan Zambon, si se comprueba que el proceso es eficiente en su aspecto t\u00e9cnico y viable desde el punto de vista econ\u00f3mico, la empresa estudiar\u00e1 la construcci\u00f3n de una planta industrial para realizar la nitruraci\u00f3n por plasma. Eaton abastece con sus cajas de transmisi\u00f3n a las principales ensambladoras de autom\u00f3viles instaladas en Brasil, y factur\u00f3 200 millones de d\u00f3lares en el pa\u00eds el a\u00f1o pasado. En el \u00e1mbito mundial, los ingresos de la empresa llegaron a 7.300 millones de d\u00f3lares en dicho per\u00edodo.<\/p>\n Una t\u00e9cnica en alza Otro dato que muestra la importancia del tratamiento superficial por plasma es el aumento registrado en los \u00faltimos a\u00f1os en el n\u00famero de trabajos de investigaci\u00f3n cient\u00edfica y de desarrollo sobre el tema. Entre 1995 y 1999, se publicaron en peri\u00f3dicos internacionales 160 trabajos al respecto de la nitruraci\u00f3n por plasma. Solamente en Francia, por ejemplo, esos estudios corresponden al 21% del total de trabajos en el \u00e1rea de tratamientos de superficie. El equipo de la Unicamp ya ha publicado dos trabajos en peri\u00f3dicos internacionales sobre el tema y ha presentado otros dos en congresos internacionales. Con el nuevo laboratorio, estos n\u00fameros y la colaboraci\u00f3n con otras industrias crecer\u00e1n.<\/p>\n
\n<\/strong>“La nitruraci\u00f3n con plasma presenta una serie de ventajas con relaci\u00f3n a las tecnolog\u00edas tradicionales”, dice Wisnivesky. “La principal es que genera una deformaci\u00f3n m\u00ednima de las piezas, debido a la menor temperatura requerida para efectuar el proceso: alrededor de 500\u00b0 Celsius, y por el hecho de que \u00e9ste se realiza en un horno de vac\u00edo”, explica. En los procesos tradicionales, la pieza es sometida a temperaturas superiores a los 900\u00b0 C, lo que genera deformaciones. Esto exige que, una vez realizado el tratamiento superficial, la pieza sea mecanizada nuevamente, lo que encarece el proceso y lo vuelve m\u00e1s demorado.<\/p>\n
\n<\/strong>La nitruraci\u00f3n con plasma es una tecnolog\u00eda relativamente reciente, empleada a escala industrial desde hace poco m\u00e1s de 15 a\u00f1os. “En Brasil, esta t\u00e9cnica es poco conocida. Solamente existen dos o tres industrias que la utilizan, y aun as\u00ed con equipamientos importados”, dice el f\u00edsico Wisnivesky. “Estimamos que existen unas 3 mil instalaciones industriales que utilizan este proceso en todo el mundo. Alemania, Francia, Jap\u00f3n, Estados Unidos y Canad\u00e1 son los pa\u00edses m\u00e1s avanzados en el \u00e1rea”, afirma Alvarez. Al final de los a\u00f1os 90, no pasaban de 1.500 empresas; esto brinda una medida de la evoluci\u00f3n del uso de esta tecnolog\u00eda.<\/p>\n