La industria aeroespacial apuesta cada vez más por los recubrimientos de PVD para sustituir al cromo duro

El cromo es una sustancia altamente regulada en los principales mercados mundiales. En la Unión Europea, el cromo hexavalente está regulado por el reglamento REACH (registro, evaluación, autorización y restricción de las sustancias y preparados químicos) de la UE, que establece directrices para el uso seguro de determinadas sustancias químicas en toda la cadena de suministro. El cromo también es objeto de una fuerte regulación en los Estados Unidos por parte de la OSHA.

Sin embargo, sustituir el cromo duro por una alternativa adecuada sigue siendo un reto considerable para la industria aeroespacial, debido a su amplio uso como recubrimiento superficial de numerosos componentes. Apreciado durante muchos años por cualidades como su dureza, mínimo desgaste ante el deslizamiento, protección contra la corrosión y prolongación de la vida útil de los componentes metálicos, está presente en numerosas aplicaciones, desde aeroestructuras y trenes de aterrizaje hasta monturas de motor y fuselajes. En muchos casos, se utiliza en componentes que presentan contacto de metal con metal entre piezas móviles, debido a su bajo coeficiente de fricción.

Fruto de ello, el objetivo actual de remplazar el cromo duro por una alternativa exige de las empresas aeroespaciales un estudio crítico de los motivos que los llevaron a usar el cromo duro en un principio y qué problemas buscaban resolver. Se trata de una labor ingente, dado que requiere un estudio de la funcionalidad, conectividad con otras piezas, mecanismos de desgaste, necesidades de lubricación y condiciones ambientales de trabajo de cada pieza que presente cromo duro en la actualidad. Este análisis es imprescindible, ya que no existe ningún sustituto plenamente equivalente al cromo duro.

La evaluación de posibles sustitutos del cromo duro también supone la oportunidad de alcanzar un rendimiento superior. A pesar de su amplia adopción, el cromo duro no está exento de problemas de rendimiento, por ejemplo, sus límites en cuanto a su dureza y protección contra la corrosión, dificultades de aplicación en rebajes y roscas y el riesgo de picado y resquebrajamiento (descamación) en condiciones de alto esfuerzo.

Una alternativa que se emplea cada vez más en la industria aeroespacial son los recubrimientos PVD, un sustituto del cromo duro que cumple el reglamento REACH que es a la vez resistente e inocuo. Los recubrimientos de deposición física de vapor (PVD, por sus siglas en inglés) ofrecen muchas de las ventajas del cromo duro e incluso lo superan en ciertos aspectos.

La deposición física de vapor (PVD) constituye una variedad de los métodos de deposición en vacío empleados para producir recubrimientos finos. El PVD se utiliza habitualmente para recubrir componentes a temperaturas de aplicación relativamente bajas, de tan solo 160-500 °C. Se trata de las temperaturas ideales ya que se encuentran por debajo de la temperatura de templado de los aceros y evitan así la alteración de las propiedades fundamentales del material.

Entre las opciones de PVD están diversos recubrimientos a base de carbono que proporcionan una combinación única de dureza superficial extrema, bajo coeficiente de fricción y propiedades anticorrosivas. Uno de estos ejemplos, Balinit C de la empresa de recubrimientos Oerlikon Balzers, ha atraído la atención de algunos de los mayores fabricantes aeroespaciales del mundo, incluida Airbus.

El pasado noviembre, Airbus anunció su intención de extender el uso de Balinit C también a las aleaciones de cobre, un sustrato habitual de los rodamientos y casquillos presentes en los trenes de aterrizaje y en sus conexiones al fuselaje. Airbus ya había probado anteriormente el recubrimiento PVD en sustratos de acero, titanio e Inconel.

La calificación técnica de Balinit C como opción inocua y acorde con el reglamento REACH frente al cromo duro constituye la culminación del Proceso de Calificación Industrial de Airbus para los centros de producción de Oerlikon Balzers Reino Unido y Oerlikon Balzers Francia.

“Airbus ha confirmado que nuestro recubrimiento Balinit C satisface sus requisitos técnicos a industriales”, afirma Toby Middlemiss, Responsable Global del segmento aeroespacial de Oerlikon Balzers.

Oerlikon Balzers emplea una mezcla de metal y carbono diamantado para crear Balinit C, un recubrimiento de carburo de tungsteno /carbono (WC/C). Este recubrimiento se aplica con un espesor de 1 a 5 micras, lo que permite su uso en rodamientos de rodillos y componentes para trenes de aterrizaje. Crea un acabado brillante y, gracias a la uniformidad de este recubrimiento, elimina la necesidad de acabados posteriores y ahorra así tiempo y dinero. Es esta una ventaja decisiva frente al cromo duro, que es necesario rectificar hasta las tolerancias definidas y pulir para conseguir un acabado uniforme.

Balinit C ofrece una adhesión más firme a los sustratos metálicos que el cromo duro, además de una alta capacidad de carga y un alto nivel de resistencia al desgaste por fricción (desgaste por adherencia) y, gracias a su bajo coeficiente de fricción, reduce la corrosión por picado y fricción en los componentes deslizantes o móviles de las aeronaves, tales como los empleados en actuadores, sistemas de control de flaps y bombas. Por ello, constituye el recubrimiento ideal para aplicaciones de baja lubricación e incluso trabajo en seco.

Los rodamientos son otro componente que sufre un desgaste abrasivo considerable y desigual según las zonas. Este recubrimiento resulta especialmente adecuado para la cementación y los aceros de los rodamientos de bolas y de rodillos, dado que se puede aplicar a temperaturas inferiores a los 200 °C.

Se puede aplicar no solo a los caminos de rodadura interior y exterior y los propios rodillos, sino también a las bolas de los rodamientos de bolas, y con un espesor de recubrimiento altamente uniforme de tan solo 0,5-1 μm. El leve aumento de la rugosidad se compensa con las buenas cualidades de pulido del recubrimiento, que alisa el camino de rodadura de los aros interiores y exteriores y proporciona una protección adicional contra la fricción y el picado.

Con la adopción creciente de los recubrimientos PVD por los líderes de la industria, entre ellos Airbus, la total eliminación del cromo duro de la industria aeroespacial es cada vez más probable.

“La sustitución del cromo duro constituye una empresa considerable para la industria aeroespacial, ya que no es tan simple como cambiar un tratamiento por otro; cada alternativa presenta sus diferencias”, afirma Middlemiss. “Por tanto, los fabricantes han tenido que volver al tablero de diseño y evaluar por qué empezaron a usar el cromo duro, en qué aplicaciones y que alternativas adecuadas podrían suplirlo”.

“Seguirá exigiendo una evaluación rigurosa y fundamentada, superficie por superficie y componente por componente, para garantizar que se satisfagan los criterios de seguridad, rendimiento, fiabilidad y coste”, agrega Middlemiss.