Unión de metales diferentes: cómo elegir el adhesivo adecuado

Hace poco publicamos unos artículos muy completos sobre cómo unir distintos metales, como el aluminio, el cobre y el acero inoxidable. La unión de metales con adhesivos sigue un proceso bastante similar: limpiar y preparar bien la superficie, a ser posible usar una imprimación, y luego pegar. La unión de metales diferentes, como el aluminio y el cobre, sigue pasos similares, pero supone un reto adicional en comparación con la unión de dos piezas del mismo metal. En este artículo analizaremos los factores que debes tener en cuenta a la hora de unir metales diferentes y cómo elegir el adhesivo adecuado para tu aplicación.

¿Por qué unir metales diferentes?

Los productos modernos rara vez están hechos de un solo material. En el caso de los metales, cada uno aporta algo diferente: unos tienen una gran conductividad eléctrica, otros ofrecen una excelente resistencia a la corrosión y al óxido, algunos son ligeros, mientras que otros son más fáciles de mecanizar y moldear. Una de las principales ventajas de incorporar adhesivos en el diseño de tu producto es que ganas mucha más libertad y flexibilidad a la hora de elegir materiales, por lo que puedes seleccionar libremente los mejores metales que se adapten a lo que tu producto pretende conseguir.

¿Dónde se unen metales diferentes? Aplicaciones en la vida real

Hay muchas aplicaciones en la vida real en las que los metales diferentes entran en contacto entre sí. Algunos ejemplos son:

• Baterías de vehículos eléctricos: en las baterías de los vehículos eléctricos, los colectores de corriente de cobre se conectan a lengüetas o barras colectoras de aluminio. La excelente conductividad eléctrica del cobre se combina con las propiedades de ligereza y rentabilidad del aluminio.
• Chasis de coches: otra aplicación en el sector de la automoción es la unión de paneles de aluminio a chasis de acero de alta resistencia. La ligereza del aluminio mejora la eficiencia en el consumo de combustible, mientras que la resistencia y durabilidad del acero aumentan la seguridad en caso de colisión.
• Fuselajes de aviones: las secciones del revestimiento de titanio se unen o fijan a subestructuras de aluminio en aviones de alto rendimiento para lograr una resistencia óptima a la tensión y a la temperatura.
• Fontanería: conexión de tuberías de agua de cobre a accesorios de acero o latón.

En todos los ejemplos anteriores, se eligen metales diferentes porque cada uno complementa al otro y mejora el rendimiento general del producto final.

Dificultades a la hora de unir metales diferentes

Al igual que los plásticos, cada metal tiene sus propias características. A diferencia de lo que ocurre al unir piezas del mismo metal, al unir metales diferentes surgen ciertos factores que hay que tener en cuenta a la hora de utilizarlos con adhesivos. Los más importantes son:

Desajuste en la expansión térmica

Probablemente sea el aspecto más importante a tener en cuenta. Cada material tiene su propio coeficiente de expansión térmica, o CTE, para abreviar. Este valor indica cuánto se expande un material al calentarse y cuánto se contrae al enfriarse. Un valor de CTE más alto significa una mayor expansión y contracción al calentarse y enfriarse, y al revés. Cuando se unen metales del mismo tipo, como el acero con el acero, el CTE no importa tanto, ya que la tasa de expansión y contracción entre las piezas es la misma. Sin embargo, con metales diferentes, uno puede expandirse y contraerse más con los cambios de temperatura que el otro, lo que provoca una mayor tensión en la zona de unión. Por ejemplo, el titanio tiene un CTE de aproximadamente 8,6, mientras que el del aluminio ronda los 23, lo que significa que el aluminio se expande unas tres veces más que el titanio con el calor. Una diferencia demasiado grande, junto con un adhesivo inadecuado, puede provocar fácilmente que la unión falle con el tiempo.

Riesgo de corrosión galvánica

Corrosión galvánica (también conocida como corrosión por metales diferentes) es un proceso en el que un metal se corroe al estar en contacto eléctrico con otro, en presencia de un electrolito. Para que se produzca, se necesita un líquido conductor, ya que este actúa como electrolito. El metal menos reactivo de los dos actúa como ánodo, atrayendo electrones, mientras que el más reactivo cede electrones y se corroe. Imaginemos que tenemos una aplicación en la que el acero y el aluminio están en contacto directo entre sí y ha entrado humedad en la unión. En este caso, al ser el metal más activo, el aluminio empezaría a corroerse poco a poco, ¡y eso a pesar de que el aluminio es conocido por su resistencia a la corrosión!

El diseño de la unión es más importante

Teniendo en cuenta las diferencias en el coeficiente de dilatación térmica (CTE) mencionadas anteriormente, a la hora de diseñar una unión entre metales diferentes es especialmente importante maximizar las fuerzas de cizallamiento y/o compresión y evitar las uniones por desprendimiento o clivaje. Así se minimizan las tensiones y la presión sobre la unión adhesiva tras el curado.

Cómo superar estos retos

Si hay una diferencia en la expansión térmica, elige un adhesivo reforzado. Muchos epoxis entran en esta categoría. Un adhesivo epoxi reforzado con buena resistencia al cizallamiento y/o al desprendimiento tendrá la flexibilidad y la resistencia a la tensión necesarias para absorber el impacto de la expansión y contracción térmicas diferenciales. Si la alta resistencia no es una prioridad tan importante, usar un adhesivo epoxi modificado también te ofrece una flexibilidad excelente para hacer frente a los desajustes en el CTE; busca los adhesivos Permabond con la denominación «MT-». Otra cosa que ayuda en este caso es usar una línea de pegamento más gruesa entre los metales diferentes, ya que esto añade más «volumen» para adaptarse a los movimientos provocados por la tensión.

Para evitar la corrosión galvánica, es fundamental que la zona de unión quede completamente sellada. Esto es especialmente importante si la aplicación puede estar expuesta al agua o a la humedad; el agua de mar es especialmente problemática debido a su alto contenido en sal (electrolito). Por suerte, con solo usar adhesivos, esto resulta mucho más fácil de conseguir. Los elementos de fijación mecánicos a menudo no garantizan un sellado al 100 %, mientras que el adhesivo adecuado, aplicado correctamente, casi siempre sí lo hace. Una línea de unión más gruesa también resulta útil en este caso, ya que puede ayudar a reducir la conductividad eléctrica entre los dos metales y evita el desgaste por fricción, un proceso en el que las moléculas de las dos superficies metálicas rozan entre sí, lo que acaba provocando corrosión.

En cuanto al diseño de las uniones, cuando uses adhesivos, lo ideal es diseñar uniones que estén sometidas a esfuerzo de cizallamiento o compresión y evitar las uniones de desprendimiento o clivaje. Hacerlo así ayuda a distribuir la tensión de forma más uniforme por toda la zona de unión. Asegúrate de dejar espacio para que el espesor de la capa de adhesivo sea el óptimo, ya que esto ayudará a evitar la tensión causada por la discrepancia en el coeficiente de expansión térmica (CTE).

Pero, ¿no podría simplemente soldarlo?

Quizá te estés preguntando si, en lugar de tener que preocuparte por todo este tema de la expansión térmica y la corrosión galvánica, ¿no podrías simplemente soldar dos metales diferentes entre sí?

La respuesta es sí, pero a menudo resulta complicado. En lugar de pensar en los valores de CTE, en la soldadura tienes que lidiar con cuestiones metalúrgicas más complejas, como los puntos de fusión de los distintos metales. Por ejemplo, cuando quieres soldar aluminio con acero, te encuentras con el problema de que el punto de fusión del aluminio (~660 °C/1220 °F) es aproximadamente la mitad del del acero (~1350 °C/2500 °F). Así que, antes de que llegases al punto en el que pudieras soldar el acero, ¡el aluminio ya se habría derretido! Soldar metales más similares, como el acero al carbono con el acero inoxidable, es más fácil, pero cualquier metal con puntos de fusión muy diferentes resultará difícil de soldar.

Para esto se pueden usar técnicas de soldadura más avanzadas, como la soldadura con láser, pero cuando basta con usar un simple adhesivo estructural y conseguir resultados similares, ¡la verdad es que no entendemos muy bien por qué querrías hacerlo!

Los mejores adhesivos para unir metales diferentes

Dicho esto, hablemos de los mejores adhesivos para unir metales diferentes. En general, la elección adecuada depende de los metales que vayas a unir, las condiciones ambientales y de temperatura, el tipo de unión y los requisitos de resistencia. A continuación, te enumeramos algunos de los adhesivos más habituales para unir metales diferentes.

Epoxis

Si buscas lo último en resistencia y solidez, un adhesivo epoxi es una opción muy acertada. Los epoxis ofrecen altos valores de resistencia al cizallamiento y al desprendimiento, lo que los hace muy adecuados para hacer frente a las diferencias de expansión y contracción térmica entre metales. Ten en cuenta Permabond ET5428 y su producto hermano, el ET5429 para aplicaciones con metales diferentes en las que es importante una alta resistencia y en las que el coeficiente de expansión térmica diferencial juega un papel importante. Si no te importa que el curado sea más lento o puedes curarlo con calor, Permabond ET5441 Se ha desarrollado para unir sustratos diferentes y tiene una excelente resistencia a la temperatura. Además, soporta muy bien los ciclos térmicos, lo que minimiza la tensión en la zona de unión.

Los epoxis monocomponentes de curado térmico ofrecen la máxima resistencia estructural a la hora de unir metales diferentes, con una resistencia similar a la de la soldadura. Si la resistencia es tu prioridad y puedes realizar un curado térmico, te recomendamos encarecidamente que consideres un epoxi monocomponente para tu aplicación. Productos como el Permabond ES550 y el ES558 tienen una resistencia al cizallamiento excepcional sobre metales.

Adhesivos anaeróbicos

Los adhesivos anaeróbicos pueden ser una opción muy buena para unir metales diferentes. Esto es especialmente cierto si uno de los metales tiene una superficie más activa, como el cobre o el latón. Al curarse en presencia de metal y en ausencia de oxígeno, estos adhesivos se endurecen rápidamente en espacios muy estrechos. Son especialmente adecuados para uniones roscadas y cilíndricas, donde el hueco es muy pequeño. Aunque normalmente solo sirven para unir materiales similares, los adhesivos anaeróbicos se pueden usar en técnicas de unión por deslizamiento, por interferencia y por contracción en metales diferentes.

Permabond F201 cuenta con una estructura de núcleo y capa exterior de caucho que le confiere una gran resistencia, por lo que es ideal para soportar tensiones e impactos. Su producto hermano, Permabond F201HV, ofrece una viscosidad más alta con ventajas similares.

Adhesivos acrílicos estructurales

Los adhesivos acrílicos estructurales son otra opción muy válida para unir metales diferentes. Además de ofrecer una gran resistencia en muchos metales, hemos formulado varios adhesivos acrílicos estructurales con una tecnología especial de adhesión superficial. Esta tecnología permite que el adhesivo se adhiera a superficies metálicas sin preparar, por ejemplo, a través de superficies aceitosas o capas de óxido. Por eso, resultan especialmente interesantes para quienes no pueden realizar una preparación exhaustiva de la superficie o quieren optimizar la eficiencia.

Los modelos Permabond TA4207, TA4208 y TA4230 —que además ofrecen resistencia al fuego— cuentan todos con esta tecnología de adhesión superficial. Permabond TA4550 es otra excelente opción para unir metales diferentes, ya que ofrece la combinación poco habitual de alta resistencia y gran flexibilidad. Este adhesivo acrílico estructural, desarrollado originalmente para unir nailon, ofrece una resistencia excepcional en muchos metales.

Cianoacrilatos

Los cianoacrilatos (también conocidos como «superpegamentos») son algunos de los adhesivos de curado más rápido que existen. Se curan al reaccionar con la humedad del aire y de la superficie de los materiales. Como se curan tan rápido, suelen ser mejores para pegar piezas pequeñas. No son muy adecuados para soportar grandes diferencias de expansión y contracción térmica, pero son ideales cuando necesitas una gran resistencia en superficies pequeñas.

Echa un vistazo al Permabond 751 —un nuevo adhesivo flexible ideal para unir dispositivos médicos—, así como al Permabond 737 y al 910 para unir metales diferentes.

La importancia de la preparación de la superficie

A la hora de pegar metales, es muy importante preparar bien la superficie, y más aún cuando se trata de pegar metales diferentes. Las diferencias en la expansión y contracción térmicas pueden ejercer una tensión adicional sobre la unión adhesiva en comparación con la unión de metales del mismo tipo, por lo que es fundamental asegurarte de que las superficies estén en perfectas condiciones para la unión.

A menos que elijas uno de nuestros adhesivos acrílicos estructurales activados por contacto con la superficie (como el TA4207 o el TA4208) mencionados anteriormente, sigue estos pasos para preparar los metales antes de la unión:

• Limpia y desengrasa. Limpia las piezas metálicas con acetona, isopropanol o Permabond Cleaner A para eliminar el polvo, la grasa, las huellas dactilares y los agentes desmoldeantes. Te recomendamos que lo hagas incluso si utilizas un acrílico estructural activado por superficie, para obtener los mejores resultados.

• Lijar. El lijado con papel de lija (o, alternativamente, el chorro de arena) ayuda a eliminar la capa de óxido que hay en muchos metales. Además, ayuda a «rascar» la superficie y a que el adhesivo se adhiera mejor. Aplicar la imprimación Permabond 2K en la superficie después de lijarla ayuda a garantizar que la superficie metálica no vuelva a oxidarse. Además, actúa como promotor de adhesión y asegura una unión más duradera.

• Limpia de nuevo. Después de lijar, vuelve a limpiar la superficie para eliminar cualquier resto de suciedad.

• Unión. Ahora ya puedes unir los metales. Si has usado imprimación 2K, no hay prisa: las superficies metálicas no se volverán a oxidar tras el lijado. Si no has usado imprimación, cuanto antes realices la unión, mejor; de lo contrario, los metales se volverán a oxidar y tendrás que repetir el proceso de lijado.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre la unión de metales diferentes

• ¿Cuál es el mejor adhesivo para unir metales diferentes?
  

  No hay un único adhesivo que sea el mejor para todas las combinaciones de metales. Los epoxis estructurales y los acrílicos son opciones habituales, mientras que los cianoacrilatos y los adhesivos anaeróbicos pueden ser adecuados para determinados diseños de uniones y aplicaciones. Hay que tener en cuenta la temperatura, el tamaño de la unión, la flexibilidad necesaria y los metales que se van a unir.

• ¿Se puede unir aluminio y acero con adhesivos?
  

  Sí. Los adhesivos pueden unir con éxito el aluminio al acero y ofrecen ventajas respecto a la fijación mecánica o la soldadura. A la hora de diseñar la unión, hay que prestar especial atención a las diferencias en los coeficientes de dilatación térmica y a evitar la corrosión galvánica.

• ¿Cómo se evita la corrosión galvánica al unir metales diferentes?
  

  La corrosión galvánica requiere contacto eléctrico entre metales diferentes y un electrolito, como el agua. Una capa adhesiva puede aislar eléctricamente los dos metales y, al mismo tiempo, ayudar a sellar la unión contra la humedad, lo que reduce el riesgo de corrosión galvánica.

• ¿Afecta la expansión térmica a las uniones adhesivas entre diferentes metales?
  

  Sí. Los metales tienen diferentes coeficientes de expansión térmica (CTE), lo que significa que se expanden y contraen en diferentes proporciones a medida que cambia la temperatura. Los adhesivos reforzados o más flexibles pueden ayudar a adaptarse a este movimiento diferencial y reducir las tensiones dentro de la unión.

• ¿Hay que preparar la superficie de los metales diferentes antes de unirlos con adhesivo?
  

  Normalmente, sí. Eliminar los aceites, la suciedad y las capas superficiales débiles suele mejorar la fiabilidad de la unión. La preparación óptima depende de los metales y del adhesivo que se utilicen; algunos adhesivos acrílicos estructurales (como Permabond TA4207, TA4208 y TA4230) toleran mejor las superficies con una preparación mínima o ligeramente contaminadas que muchos epoxis.

• ¿Cuánto tiempo después del lijado tengo que pegar las piezas metálicas?

  Esto depende del metal. En el caso de los que se oxidan con facilidad, como el aluminio, hay que pegarlas lo antes posible tras el lijado para evitar que se vuelvan a oxidar. Por otro lado, si usas la imprimación Permabond 2K durante el proceso de lijado, ¡tienes mucho más tiempo!

• ¿Es mejor la unión con adhesivos que la soldadura o la fijación de metales diferentes?

  
  Puede serlo. Los adhesivos reparten la tensión sobre una superficie mayor, evitan el calor de la soldadura, permiten unir metales que son difíciles de soldar entre sí (como el acero y el aluminio) y pueden aislar eléctricamente metales diferentes. Los adhesivos pueden ofrecer una resistencia similar a la de la soldadura y los elementos de fijación, y son mejores para prevenir la corrosión galvánica entre metales.

Si tienes alguna duda sobre la unión de metales diferentes o quieres comentarnos tu aplicación, ponte en contacto con nosotros.