Limpieza con plasma
Para mejorar el pegado, la impresión, el lacado, la unión por hilo...
En todas las superficies hay siempre impurezas muy finas, imposibles de apreciar por el ojo humano. La eliminación de tales contaminantes es casi siempre obligatoria para conseguir que los tratamientos posteriores en la superficie transcurran sin problemas. Esto se aplica a procedimientos como los siguientes:
Pegado | Impresión | Lacado | Unión por hilo | Recubrimiento | Grabado
La tecnología del plasma ofrece soluciones para todos los tipos de contaminación, todos los sustratos y todos los tratamientos posteriores. También permite reducir los restos de contaminación a nivel molecular. Para los distintos requisitos individuales, existen diferentes métodos de limpieza.
- Limpieza incluso en intersticios muy finos y en huecos minúsculos.
- Limpieza de todas las superficies de componentes en un paso de trabajo, incluso en el interior de cavidades.
- Eliminación, sin dejar restos, de productos de descomposición por aspiración en vacío.
- No se ven dañadas las superficies sensibles a los disolventes por la acción de productos químicos de limpieza.
- Eliminación de restos finos, incluso a escala molecular.
- Posibilidad de realizar el tratamiento posterior de inmediato. No hay que dejar secar ni eliminar disolventes.
- Los productos de limpieza, peligrosos y nocivos para el medio ambiente y la salud, no se almacenan ni se eliminan.
- Los costes del proceso se reducen enormemente.
¿Cómo funciona la limpieza con plasma?
Un proceso importante en la tecnología del tratamiento de superficies con plasma es la limpieza con plasma. A través de reacciones químicas con los gases ionizados, se eliminan partículas de suciedad.
En la reducción de óxido de cobre, se someten óxidos de cobre a un plasma de mezcla de gas hidrógeno y, de este modo, se reducen químicamente los óxidos y se produce vapor de agua.
Plasma
Polímero de carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Oxígeno
Hidrógeno
1. Eliminación de hidrocarburos en el plasma de oxígeno
Microlimpieza: desengrasado en el plasma de oxígeno
En prácticamente todas las superficies hay hidrocarburos en forma de restos de grasas, aceites o desmoldantes. Estas capas reducen drásticamente la adhesión de otros materiales al tratar la superficie a posteriori. En consecuencia, una eliminación química de hidrocarburos en el plasma de oxígeno constituye un tratamiento estándar antes de cualquier trabajo de lacado, impresión o pegado.
A modo de ejemplo, en el área "Pequeña física de los plasmas" se representan las reacciones del plasma durante este proceso de limpieza.
Se produce una interacción entre iones, radicales y radiación UV. La radiación UV de alta energía divide las macromoléculas. Los radicales de oxígeno, los iones y los radicales de hidrógeno separados ocupan extremos libres de las cadenas de polímeros para formar H2O y CO2.
En el plasma de baja presión, los productos de descomposición de los hidrocarburos se encuentran en estado gaseoso y se aspiran.
En las superficies de los polímeros se inicia, en paralelo a la descomposición de la contaminación superficial, una activación mediante radicales de oxígeno. Esta activación es necesaria en los plásticos no polares para lograr una adhesión perfecta. Para más información, ver Activación de materiales.
Los aceites, grasas o desmoldantes que contienen aditivos no siempre pueden eliminarse en el plasma de oxígeno sin dejar restos. Pueden formarse óxidos sólidos que se adhieran al sustrato. Dado el caso, estos materiales pueden eliminarse a posteriori, en procesos de limpieza adicionales.
La limpieza con plasma de oxígeno funciona en prácticamente todos los materiales. A menudo, en lugar de oxígeno, puede emplearse también aire limpio y seco. Por lo tanto, la eliminación de hidrocarburos debe realizarse tanto en el plasma de baja presión como en el plasma de presión atmosférica.
2. Limpieza mecánica por microchorros de arena
Plasma de argón
Un tipo de plasma especialmente sencillo es el plasma de gas noble, ya que solamente está compuesto por iones, electrones y átomos del gas noble en cuestión. Puesto que el gas siempre es atómico, no existen radicales, y como los gases nobles no reaccionan químicamente, tampoco hay productos de reacción. A pesar de ello, el plasma de argón es activo a causa de la energía cinética de los iones pesados.
Limpieza
La energía cinética producida por el golpeo de los iones provoca la eliminación de átomos y moléculas del recubrimiento, que, en consecuencia, se va descomponiendo de forma paulatina.
Este tratamiento resulta eficaz en prácticamente todas las superficies y, por lo tanto, para cualquier tipo de contaminación. Así pues, los microchorros de arena permiten eliminar casi todos los contaminantes que se muestran resistentes ante los ataques químicos.
Dado que los iones con carga positiva se aceleran ante un electrodo con carga negativa, el plasma se excita en un reactor de placas paralelas.
Estructuración: grabado físico
Los iones energizados no solo arrancan fragmentos de una capa superficial, sino también del propio material del sustrato. Por lo tanto, a escala molecular, se produce una mayor estructuración y un aumento de la rugosidad de la superficie. Como en el caso de la limpieza con chorros de arena o por lijado, esto provoca una ampliación de la superficie, o incluso una formación de destalonamientos, lo que permite una mayor adhesión en las capas aplicadas a continuación.
A diferencia de los efectos del grabado químico en el plasma de baja presión, la limpieza con microchorros de arena no actúa de modo isotrópico, es decir, por igual en todas las superficies de un componente, sino principalmente en la dirección del campo eléctrico, ya que los iones se aceleran en ese sentido.
3. Reducción de capas de óxido
En muchas superficies aparecen capas de óxido. Solo algunos metales se libran de la tendencia a generar óxido tras un largo tiempo de almacenamiento. En muchos metales, se forman capas de óxido ya durante la limpieza con plasma de oxígeno. Las capas de óxido interfieren en todos los pasos del tratamiento posterior:
- Adhesión de contactos eléctricos durante la unión por hilo y la soldadura
- Contacto eléctrico defectuoso
- Adhesión defectuosa durante el pegado y el lacado
Incluso en materiales no metálicos, a menudo se encuentran acumulaciones de óxido sólido, que generalmente se han formado durante la limpieza, al aplicar el plasma de oxígeno. Las capas de óxido suelen resistir cualquier ataque con disolventes convencionales. Debido a su gran dureza, a menudo resultan difíciles de solucionar incluso por medios mecánicos. Se eliminan por reducción en el plasma de hidrógeno.
Oxidación
En el plasma de oxígeno o de aire, también se oxidan capas metálicasextremadamente finas, de tan solo varias capas atómicas de grosor, de forma selectiva. Estas capas invisibles se endurecen y protegen el material metálico contra ataques químicos y mecánicos, y evitan que sigan oxidándose. Con ello, se garantiza una superficie con un brillo metálico permanente.
Con frecuencia, la oxidación de la superficie tiene lugar en el plasma de presión atmosférica.
Puesto que, a menudo, es necesario extraer contaminantes de distintos tipos de una superficie, se aplican diferentes procesos de limpieza de forma consecutiva. Ejemplo:
1. Eliminación de desmoldantes (hidrocarburos) en el plasma de oxígeno
2. Limpieza micromecánica superfina por microchorros de arena en el plasma de argón
Otro ejemplo:
1. Desengrasado en el plasma de oxígeno
2. Reducción de capas de óxido en el plasma de hidrógeno
Por otro lado, justo después de la limpieza con oxígeno, se produce una activación de superficies no polares con radicales de oxígeno, a base de mantener el proceso activo durante más una vez terminada la limpieza. Para más información, ver Activación de materiales; si se mantiene el proceso activo durante aún más tiempo, ver Grabado de materiales, que será el tratamiento siguiente.
¿Cómo puede conseguirse la ausencia de PWIS?
Las sustancias que afectan a la humectabilidad de la pintura (PWIS, por sus siglas en inglés) provocan fallos claramente visibles en el producto final, ya que impiden la humectación uniforme de la superficie que se va a lacar. Aparecen defectos en forma de embudo y se forman cráteres en la capa de pintura. Dentro de esta clase de sustancias, se incluyen las siliconas, las sustancias fluoradas (PTFE) y determinados aceites y grasas.
El tratamiento con plasma disuelve de forma permanente todas las sustancias que afectan a la humectabilidad de la pintura, eliminándolas tanto de la superficie como del propio elastómero.
Pueden limpiarse componentes de los materialesmás diversos, como PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS y PVDF, así como componentes metálicos.
Después de la limpieza, se tratan las piezas con plasma durante un máximo de una hora, dependiendo del grado de contaminaciónpresente. Para confirmar que el tratamiento haya sido correcto y, por lo tanto, exista ausencia de PWIS, después del tratamiento con plasma se realiza una prueba de PWIS, basada en la norma de ensayos de Volkswagen PV 3.10.7, en la que se detectanrestos de silicona utilizando un método rápido.
Simplemente se necesitan una placa de vidrio limpia, acetona y una pintura de spray que carezca de siliconas, como es lógico. El color blanco ha demostrado ser especialmente apropiado para esta tarea. Para efectuar la prueba, el material que va a comprobarse se dispone sobre la placa de vidrio y se enjuaga con acetona. Una vez evaporada la acetona, se pulveriza pintura de spray en forma de cruz en la placa de vidrio. Cuando se ha secado la pintura, puede reconocerse claramente si todavía quedan restos de silicona en la superficie. En estos puntos, la pintura no se humecta, y se forman los denominados cráteres.
La limpieza con plasma puede aplicarse también para tratar materiales de silicona con procesos especiales. Es posible lograr la ausencia de PWIS incluso en el caso de la goma de silicona.
La innovadora y ecológica tecnología del plasma de baja presión permite solucionar, gracias a la eliminación de sustanciasPWIS en superficies de componentes que deben someterse a recubrimiento, un problema que cada vez cobra mayor importancia. Algunas de las ventajas de la limpieza con plasma incorporada en la cadena de producción son las siguientes:
- La reducción de la tasa de retoques
- La reducción de la tasa de descartes
- La prevención de reclamaciones
- El aumento de la seguridad de la producción
Diener electronic también ofrece este procedimiento como tratamiento por contrato. Para ello, se ofrecen varios sistemas de plasma y empleados cualificados y experimentados. De este modo, podemos garantizar que sus componentes obtengan una superficie de excelente calidad.
FAQ Preguntas frecuentes
¿Qué tipos de impurezas se pueden eliminar?
Todas las impurezas orgánicas y en forma de película de un tamaño de hasta aproximadamente 1 micrómetro pueden eliminarse con los equipos de plasma de Diener electronic.
¿Cuáles son las principales ventajas que nos aporta el tratamiento con plasma a presión atmosférica?
La tecnología PlasmaBeam es aplicable a procesos en línea, por ejemplo, la limpieza por plasma de perfiles metálicos continuos y tubos antes de su recubrimiento, encolado, unión o pintado.
Esta tecnología es compatible con la robótica, es decir, las superficies bidimensionales o tridimensionales pueden escanearse con el haz de plasma mediante robots.
PlasmaBeam permite una limpieza local de la superficie sin necesidad de enmascarar el resto de la superficie; por ejemplo, la limpieza de almohadillas de unión de Al, Au y Cu antes de la unión por hilo (wire bonding) sin tocar el resto de la superficie.
¿Se recomienda, en general, el plasma atmosférico para la limpieza de superficies?
Sí, pero de forma muy limitada. El plasma a baja presión ofrece una flexibilidad de proceso notablemente mayor en lo que respecta a los procesos de limpieza.
¿Es posible eliminar las virutas metálicas o el polvo de los componentes?
Lamentablemente, no es posible limpiar las superficies para eliminar las virutas de metal o el polvo.
¿Cuál es la mejor solución: el plasma a baja presión o el plasma a presión atmosférica?
En el tratamiento de superficies de Diener electronic no hay «mejor o peor», sino «adecuado o inadecuado para la aplicación».
Echa un vistazo a nuestra tabla de ventajas e inconvenientes
