La presencia de pequeñas cantidades de contaminación en una superficie metálica puede tener consecuencias importantes en los procesos industriales. Residuos de aceite, capas de óxido, sales o huellas dactilares pueden afectar a la adherencia de adhesivos y recubrimientos, provocar defectos o comprometer la estabilidad del producto a largo plazo.
Con el objetivo de profundizar en este reto, Plasmatreat, miembro de IN-MOVE, celebró el 20 de octubre una nueva sesión de su ciclo online PlasmaTalk, bajo el título From Activation to Ultra-Fine Cleaning: New Approaches for Technically Clean Metal Surfaces. La jornada contó con la participación de Tim Smith, Chief Technology Officer de Plasmatreat North America, quien presentó los fundamentos del tratamiento por plasma, sus aplicaciones sobre diferentes metales y los avances de la tecnología HydroPlasma®.
La sesión puso el foco en una cuestión clave para la fabricación industrial: no basta con que una superficie parezca limpia. También es necesario conocer su estado químico, controlar las capas que se forman sobre ella y prepararla adecuadamente para garantizar la fiabilidad de las operaciones posteriores.
La presentación comenzó con una introducción a los fundamentos del plasma, considerado el cuarto estado de la materia. Se genera cuando se aporta suficiente energía a un gas para que parte de sus electrones se separen de los átomos o moléculas, dando lugar a un conjunto de partículas cargadas capaz de conducir electricidad.
En los sistemas de plasma atmosférico de Plasmatreat, el proceso utiliza principalmente aire comprimido limpio y seco como gas de trabajo, junto con energía eléctrica. En el interior de la boquilla se genera un arco que transfiere energía al gas y produce un flujo de plasma que sale a gran velocidad hacia la superficie que se desea tratar.
El oxígeno presente en el aire desempeña un papel especialmente importante. Durante el proceso se generan especies de oxígeno muy reactivas, capaces de interactuar con los contaminantes presentes en la superficie.
En el caso de los residuos orgánicos, como los aceites, el plasma rompe las cadenas de carbono e hidrógeno que forman estos compuestos. A continuación, las especies reactivas de oxígeno pueden combinarse con los fragmentos resultantes y transformarlos principalmente en dióxido de carbono y agua, facilitando así su eliminación.
Este mecanismo permite retirar determinados contaminantes orgánicos sin recurrir necesariamente a procesos de limpieza con productos químicos o disolventes. Sin embargo, como se explicó durante la sesión, la eliminación de residuos orgánicos no resuelve por sí sola todos los problemas de limpieza técnica. En función del metal y de la aplicación, también será necesario actuar sobre los óxidos y otros contaminantes inorgánicos.
Uno de los bloques centrales de la jornada estuvo dedicado al comportamiento de las superficies metálicas y, en particular, a la formación de óxidos.
Para ilustrarlo, Tim Smith utilizó el ejemplo del aluminio. Cuando una pieza recién mecanizada o cortada entra en contacto con el ambiente, comienza a formarse prácticamente de inmediato una capa de óxido en su superficie. Esta primera capa puede presentar grupos hidroxilo (OH), que favorecen la unión con determinados adhesivos y pinturas.
Sin embargo, con el paso del tiempo pueden aparecer nuevas capas de óxido y agua adsorbida sobre la capa inicial. Estas capas externas presentan uniones más débiles y pueden convertirse en un punto de fallo durante los procesos de adhesión.
Esto ayuda a explicar por qué una pieza puede parecer limpia y, aun así, presentar problemas de adherencia o delaminación. En algunos casos, el adhesivo no falla por una incompatibilidad con el metal, sino porque se ha unido a una capa superficial poco estable que termina desprendiéndose.
El tratamiento con plasma permite actuar sobre estas capas superficiales: elimina determinadas capas externas débilmente unidas y modifica la capa de óxido subyacente, favoreciendo una superficie más estable y con mayor presencia de grupos funcionales adecuados para la adhesión.
Durante la sesión se mostraron diferentes ejemplos de aplicación sobre aluminio, entre ellos:
Bloques de motor: tratamiento de las superficies de aluminio antes de aplicar juntas de silicona RTV, con el objetivo de conseguir una unión molecular estable y evitar fugas.
Celdas de batería: limpieza y activación de las zonas de ánodo y cátodo antes de realizar un proceso de unión mediante soldadura ultrasónica.
Carcasas y bandejas de baterías: preparación de la superficie exterior antes de aplicar juntas formadas in situ (form-in-place gaskets).
Estos ejemplos muestran la importancia de controlar el estado de la superficie en componentes donde la fiabilidad de la unión y la estanqueidad son especialmente relevantes.
La presentación también abordó el tratamiento del titanio. En este caso, el objetivo puede ser favorecer el crecimiento de una capa de óxido de titanio con una estructura dura y porosa. Según se explicó, esta característica resulta de interés en aplicaciones de implantes, ya que permite que el tejido óseo crezca en la estructura superficial del material.
Uno de los principales focos de la jornada fue HydroPlasma®, una tecnología desarrollada por Plasmatreat que amplía las posibilidades del plasma atmosférico mediante la introducción de una pequeña cantidad de agua destilada en el flujo de plasma.
Esta incorporación modifica las características del proceso y genera una mayor cantidad de especies reactivas, entre ellas radicales de oxígeno e hidroxilo. Al mismo tiempo, contribuye a reducir la temperatura del plasma.
Esta combinación ofrece dos ventajas importantes:
Mayor capacidad de limpieza: además de actuar sobre contaminantes orgánicos, HydroPlasma® permite abordar determinados residuos inorgánicos, como sales y huellas dactilares, que no pueden eliminarse mediante el mecanismo habitual de ruptura de cadenas de carbono.
Menor carga térmica: la incorporación de agua permite trabajar con una concentración elevada de especies reactivas sin que el proceso tenga que depender de un aumento equivalente de temperatura. Esto puede resultar especialmente interesante en materiales delgados o sensibles al calor.
Durante la presentación se mostraron demostraciones sobre diferentes materiales. En una de ellas, la tecnología permitió retirar huellas dactilares de una superficie de vidrio, eliminando tanto los residuos orgánicos como las sales presentes en las marcas. También se presentó un ejemplo de limpieza de cobre y otro de eliminación de residuos de flux en componentes electrónicos.
En el caso de las huellas dactilares, Plasmatreat mostró imágenes de antes y después del tratamiento, así como mediciones mediante fluorescencia para visualizar la eliminación de los residuos orgánicos.
La tecnología también incorpora un sistema de extracción para retirar el agua utilizada durante el proceso. Aunque se trabaja con cantidades muy pequeñas —del orden de mililitros por minuto—, la gestión de ese líquido es importante. Durante la sesión se explicó que el sistema permite recogerlo y conducirlo a equipos de separación de aceite y agua, de manera que ambos componentes puedan gestionarse adecuadamente. También se señaló que el agua residual puede requerir una corrección del pH antes de su vertido, de acuerdo con los requisitos locales.
Más allá de la limpieza de contaminantes, la jornada presentó diferentes soluciones para modificar o eliminar capas de óxido, una cuestión especialmente relevante en determinados procesos de unión y fabricación.
En el caso del cobre, Plasmatreat explicó el uso de agua activada por plasma (plasma-activated water) junto con HydroPlasma®. El agua tratada contiene especies reactivas que pueden intervenir en la reducción de los óxidos presentes en la superficie.
Durante la demostración se mostró la eliminación de óxido en una lámina fina de cobre. Según explicó el ponente, este procedimiento permite trabajar sin provocar la deformación térmica que podría aparecer con otros métodos de tratamiento más calientes.
También se presentó una alternativa basada en el uso de una mezcla de nitrógeno e hidrógeno, con una composición del 95 % de nitrógeno y el 5 % de hidrógeno. En este caso, los radicales de hidrógeno reaccionan con el oxígeno de la capa superficial y contribuyen a eliminarlo en forma de agua.
La presentación incluyó, además, una demostración sobre plata. El tratamiento con nitrógeno puede provocar un oscurecimiento inmediato de la superficie, mientras que el uso posterior de una mezcla de nitrógeno e hidrógeno permite retirar la capa formada. Este ejemplo sirvió para mostrar que la elección del gas y de los parámetros del proceso debe adaptarse al comportamiento de cada metal.
La tecnología también se abordó desde la perspectiva de los sistemas de plasma de baja presión. Plasmatreat presentó sus equipos de cámara, incluidos sistemas de radiofrecuencia y una nueva línea de microondas, que opera en torno a los 3 GHz.
En la demostración con microondas se mostraron tiras de cobre muy oxidadas que, tras un tratamiento de aproximadamente dos minutos, recuperaron un aspecto limpio. El ponente destacó que el proceso se realiza sin aportar una carga térmica significativa a las piezas.
También se presentó un ejemplo sobre muestras de níquel con recubrimiento de níquel-fósforo, en las que el tratamiento permitió eliminar la corrosión visible en las superficies analizadas.
En conjunto, los ejemplos sobre aluminio, titanio, cobre, plata y níquel pusieron de manifiesto que no existe un único tratamiento válido para todos los metales. La solución depende del material, del tipo de contaminación o de óxido y del resultado que se necesita conseguir en la siguiente etapa de fabricación.
Otro de los temas que generó interés durante el turno de preguntas fue la validación del tratamiento. Una vez aplicada la tecnología, ¿cómo puede comprobarse que la superficie está preparada para el proceso posterior?
Tim Smith explicó diferentes métodos de análisis, destacando que la elección depende de la aplicación y del entorno en el que se realiza la comprobación.
Entre las opciones presentadas se encuentran:
Tintas de ensayo (dyne inks): permiten obtener una indicación de la energía superficial y valorar si la superficie presenta un comportamiento hidrófilo o hidrófobo. Sin embargo, su uso puede contaminar la pieza, por lo que no siempre resulta adecuado cuando después debe realizarse un proceso de adhesión.
Medición del ángulo de contacto con agua: mediante un equipo de medición específico, se deposita una pequeña gota sobre la superficie y se observa cómo se extiende. La forma de la gota permite obtener una indicación de la energía superficial y del estado de limpieza.
Medición por fluorescencia: puede utilizarse en laboratorio para detectar determinados residuos orgánicos, aunque no suele ser la opción más práctica para realizar controles en una línea de producción industrial.
El ponente insistió en una distinción importante: estos métodos ofrecen indicaciones sobre el estado de la superficie, pero no siempre constituyen una prueba definitiva de que el proceso posterior vaya a funcionar correctamente. Por ejemplo, la presencia de restos de jabón u otros agentes tensioactivos puede alterar el comportamiento de una gota de agua y dar una lectura que no refleje fielmente la limpieza real del material.
También se abordó cuánto tiempo se mantiene la activación después del tratamiento. La respuesta depende del sustrato, de su composición, de las condiciones ambientales y de la posible migración de aditivos hacia la superficie. La humedad o la presencia de contaminantes en el entorno también pueden afectar a la estabilidad de la activación.
Por este motivo, Plasmatreat recomienda realizar ensayos con el material exacto y en las condiciones reales de aplicación. La compañía ofrece diferentes vías para validar los resultados: enviar muestras a sus laboratorios, realizar demostraciones presenciales o alquilar equipos para probar el proceso en las propias instalaciones del cliente.
El turno de preguntas permitió profundizar en situaciones concretas planteadas por los asistentes, desde la limpieza de componentes electrónicos hasta el tratamiento de piezas con geometrías complejas.
Entre las cuestiones abordadas destacan:
Tratamiento de componentes electrónicos: se explicó que el plasma puede utilizarse sobre componentes y placas electrónicas. En las aplicaciones con HydroPlasma®, la extracción del agua utilizada durante el proceso es fundamental para evitar que queden residuos líquidos sobre la pieza.
Limpieza de orificios y geometrías interiores: la compañía dispone de diferentes diseños de boquillas, incluidos modelos adaptados a aplicaciones específicas. Para geometrías especialmente complejas, también se planteó la posibilidad de utilizar sistemas de aspiración que ayuden a conducir el flujo a través de la pieza.
Tratamiento de acero dulce (mild steel): se explicó que la limpieza de aceites mediante plasma de aire no siempre es suficiente para conseguir una buena adhesión, ya que puede permanecer una capa de óxido muy fina sobre el metal. En estos casos, se puede valorar el uso de una mezcla de nitrógeno e hidrógeno para eliminar el óxido o, si se necesita una mayor capacidad de unión, recurrir a PlasmaPlus® como capa intermedia de anclaje.
Control de la velocidad y la distancia de tratamiento: la relación entre velocidad de desplazamiento, número de pasadas y efecto del plasma no es siempre equivalente. Durante la sesión se explicó que, en los procesos de limpieza, es necesario aportar suficiente energía desde el inicio para romper las cadenas de los contaminantes orgánicos. En cambio, cuando la superficie ya está limpia y el objetivo es activarla, las pasadas adicionales pueden aportar un efecto acumulativo, siempre dentro de unos parámetros adecuados.
Materiales sensibles a la temperatura: la potencia, el caudal de gas, la distancia y la velocidad de tratamiento deben ajustarse para evitar daños térmicos. La elección de HydroPlasma® puede ser interesante cuando se necesita una elevada concentración de especies reactivas con una menor carga térmica.
La conclusión de este bloque fue clara: los parámetros de tratamiento no pueden establecerse de forma universal. Es necesario conocer el material, la geometría, el tipo de contaminación, el proceso posterior y los requisitos de calidad para determinar la combinación más adecuada.
A lo largo de la jornada, Plasmatreat mostró cómo la evolución de sus tecnologías permite abordar diferentes necesidades de preparación superficial, desde la eliminación de aceites hasta la modificación de óxidos y la limpieza de contaminantes inorgánicos.
La combinación de Openair-Plasma®, HydroPlasma® y PlasmaPlus® ofrece distintas posibilidades de tratamiento, pero su aplicación debe definirse en función de los requisitos concretos de cada proceso. La compañía también destacó la importancia de validar las soluciones antes de incorporarlas a producción, mediante ensayos de laboratorio, demostraciones o pruebas con equipos en las instalaciones del cliente.
La sesión permitió compartir conocimiento técnico sobre un aspecto que, aunque a menudo queda en segundo plano dentro de los procesos de fabricación, tiene una influencia directa en la calidad, la repetibilidad y la fiabilidad de las operaciones posteriores.
La preparación de superficies es un elemento transversal en numerosos procesos industriales vinculados a la movilidad y al transporte: desde la fabricación de componentes metálicos y estructuras hasta las baterías, los sistemas electrónicos, los recubrimientos y las uniones adhesivas.
Con esta sesión, Plasmatreat aporta conocimiento sobre tecnologías de tratamiento superficial que pueden contribuir a mejorar la calidad y la fiabilidad de los procesos de fabricación, especialmente en aplicaciones donde la limpieza técnica y el control de la adhesión son determinantes.
Desde IN-MOVE compartimos este tipo de iniciativas de nuestros socios porque permiten acercar conocimiento especializado al conjunto del ecosistema, dar visibilidad a soluciones tecnológicas aplicables a diferentes sectores y favorecer el intercambio de experiencias entre empresas.
