Caracterización de materiales y recubrimientos

La mayoría de los materiales utilizados en aplicaciones con altos requerimientos tecnológicos (como por ejemplo la oxidación a alta temperatura, el aislamiento térmico, la disminución de la fricción y el desgaste, etc.) tienen una región cercana a la superficie con propiedades que difieren mucho de las del material interior (también conocido como ‘bulk’). En general, las modificaciones de la superficie y/o la aplicación de recubrimientos son deseables y habitualmente necesarios por diversos motivos: cumplir con requerimientos específicos (durabilidad, estética, etc.), mayor flexibilidad a la hora de diseñar, factores económicos.

Conocer las propiedades superficiales de los materiales es de crucial importancia para mejorar los mismos, determinar su utilidad en diferentes aplicaciones y poder llegar a entender los modos de fallo. En el caso de los recubrimientos, tanto la estructura como la composición intervienen de forma decisiva en muchas de las propiedades de los componentes, tales como la reactividad química, la fricción y el desgaste, la adherencia, la hidrofobicidad, la oleofobicidad, la estética etc.

La caracterización superficial de materiales abarca un amplio rango de diferentes técnicas y tecnologías complejas. Aunque se dispone de una amplia gama de técnicas de análisis físico y químico de superficies, se pueden clasificar desde varios puntos de vista (según la NASA TM—2002-211497). La mayoría de las técnicas involucran electrones, fotones (luz), rayos X, neutrones, etc. en forma de haz que se proyecta sobre el material a analizar e interactúa con este. En algunas técnicas, los cambios inducidos por el haz (energía, intensidad y distribución angular) se monitorizan después de la interacción, y la información analítica se deriva de la observación de estos cambios. Por otro lado, también se dispone de otro tipo de técnicas (ej. requieren un contacto físico) para evaluar la rugosidad de la superficie y las propiedades micro-mecánicas de las superficies del material.

A modo de ejemplo se indican las siguientes técnicas:

• Determinación de la composición atómica y estado de oxidación.
• Mediciones de microestructura, cristalografía, fase y defectos.
• Perfilometría y medidas cuantitativas del espesor de capas/revestimientos.
• Mediciones de µ-dureza y resistencia mecánica.
• Determinación de color y brillo.

La selección de una u otra técnica en la caracterización dependerá de la precisión, exactitud, sensibilidad o selectividad, entre otros, que se requiera en el problema a abordar. En el caso de que exista más de una técnica disponible, la selección se llevará a cabo basándose en aquellas técnicas que no sean destructivas o que no requieran una preparación específica o compleja de muestras.