cap 9 - tecnicas de modificacion superficial en materialespdf

8/18/2019 Cap 9 - Tecnicas de Modificacion Superficial en Materialespdf

1/24

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/282636191

TECNICAS DE MODIFICACION SUPERFICIAL ENMATERIALES METALICOS

CHAPTER · DECEMBER 2014

READS20

4 AUTHORS , INCLUDING:

Jesus Porcayo-Calderon

Universidad Autónoma del Estado de Morelos

93 PUBLICATIONS 307 CITATIONS

SEE PROFILE

Alberto Martinez-Villafane

Centro de Investigación en Materiales Avan…

170 PUBLICATIONS 816 CITATIONS

SEE PROFILE

Availab le from: Jesus Porcayo-CalderonRetrieved on: 14 March 2016

https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_1https://www.researchgate.net/profile/Alberto_Martinez-Villafane?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_7https://www.researchgate.net/institution/Centro_de_Investigacion_en_Materiales_Avanzados_S_C?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/profile/Alberto_Martinez-Villafane?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_5https://www.researchgate.net/profile/Alberto_Martinez-Villafane?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_4https://www.researchgate.net/profile/Jesus_Porcayo-Calderon3?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_7https://www.researchgate.net/institution/Universidad_Autonoma_del_Estado_de_Morelos?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_6https://www.researchgate.net/profile/Jesus_Porcayo-Calderon3?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_5https://www.researchgate.net/profile/Jesus_Porcayo-Calderon3?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_4https://www.researchgate.net/?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_1https://www.researchgate.net/publication/282636191_TECNICAS_DE_MODIFICACION_SUPERFICIAL_EN_MATERIALES_METALICOS?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_3https://www.researchgate.net/publication/282636191_TECNICAS_DE_MODIFICACION_SUPERFICIAL_EN_MATERIALES_METALICOS?enrichId=rgreq-84711597-285c-4d4b-a8f4-a6c2defda27b&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI4MjYzNjE5MTtBUzoyODE3NzIyMDcxNjU0NDZAMTQ0NDE5MTEzNzE0OA%3D%3D&el=1_x_2


2/24

SPECTOS DE INTERES REL CION DOS

CON L SEGURID D Y L PREVENCION DE

IESGOS EN PROCESOS TECNOLOGICOS

Editor: Prof Dr Juan A Trilleros Villaverde

Coordinador Internacional Red FENIX

CYTED


3/24

TÍTULO:Aspectos de interés relacionados con la seguridad y la prevención de riesgosen procesos tecnológicos.

AUTOR: Juan Antonio Trilleros Villaverde EDITA: Compañía Española de Reprografía y Servicios S.A.

I.S.B.N. :978-84-943293-8-8Depósito Legal: M-34846-2014 Imprime C.E.R.S.A.C/Dublin,15 - BPOLÍGONO EURÓPOLIS28232 - LAS ROZAS (MADRID) Tel. 91 327 22 [email protected]


4/24

INDICE

PROLOGO DEL EDITOR

CAPITULO 1 “INNOVACIÓN Y RETO TECNOLÓGICO DE LA MANO DE CYTED-IBEROEKA”.Prof. Dr. Juan Antonio Trilleros Villaverde.

CAPITULO 2 “INTEGRIDAD ESTRUCTURAL Y PREVENCIÓN DE RIESGOS EN PLANTAS DEPROCESOS TECNOLÓGICOS”. Prof. Dr. Juan Antonio Trilleros Villaverde, Dra. IreneHuertas González.

CAPITULO 3 “ANÁLISIS DE FALLA”. Dr. Anibal Serna Gil.

CAPITULO 4 “ANÁLISIS DE CASUA RAÍZ, RCA”. Dr. Anibal Serna Gil.

CAPITULO 5 “INSPECCIÓN BASADA EN RIESGOS: REVISIÓN DEL ESTADO DEL ARTE YCASOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN”. IM. Enrique Posada Restrepo, IQ. Pablo HernándezArango, IQ. Johan Almanza Araque.

CAPITULO 6 “INTEGRIDAD MECANICA. CONFIABILIDAD OPERACIONAL”. Dr. AníbalSerna Gil.

CAPITULO 7 “DAÑOS ACUMULATIVOS E INTEGRIDAD ESTRUCTURAL. ALGUNOS CASOSEN COMPONENTES MECÁNICOS”. Prof. Dra. Rosalba Guerrero Aslla.

CAPITULO 8 . “INGENIERÍA DEL COMPORTAMIENTO DE LOS ACEROS ESTRUCTURALESBAJO LA ACCIÓN DEL FUEGO”. Prof. Dr. Juan Antonio Trilleros Villaverde, Dra. IreneHuertas González.

CAPITULO 9 “TECNICAS DE MODIFICACION SUPERFICIAL EN MATERIALES METALICOS”.Dr. Jesús Porcayo-Calderón, Dr. Alberto Martínez-Villafañe, Dr. José G. Chacón-Nava,Dr. Lorenzo Martínez-Gómez.

CAPITULO 10 “TECNICAS DE MODIFICACIÓN SUPERFICIAL. DEPOSICIÓN EN FASEVAPOR”. Prof. Dr. Juan Antonio Trilleros Villaverde.

CAPITULO 11 “TÉCNICAS DE MODIFICACIÓN SUPERFICIAL EN MATERIALES.RECUBRIMIENTOS POR PLASMA”. Prof. Dr. Carlos A. Lasorsa, Prof. Dr. Raúl A. Versaci.

CAPITULO 12 “CORROSIÓN POR SALES FUNDIDAS EN INCONEL 718 Y RECUBRIMIENTOSMETÁLICOS”. M.C. Mario Sánchez-Carrillo, Dr. F. Almeraya-Calderón, Dr. J. G. Chacón-Nava, Dr. J. Porcayo Calderon, Dra. C. Gaona-Tiburcio, Dr. J.G. González-Rodriguez,Dra. P. Zambrano Robledo. Dr. J.L. Tristancho-Reyes, Dr. A. Martínez-Villafañe.


5/24

CAPITULO 13 “CORROSIÓN A TEMPERATURA ALTA DE ACEROS EN CONTACTO CONUNA MEZCLA DE SALES FUNDIDAS EN SISTEMAS PARA GENERACIÓN DE ENERGÍA”. Prof.Dr. Darío Yesid Peña Ballesteros, Ing. M. Jessica Marlena Rodríguez Pérez, Ing. M.Eduardo Santos Sánchez.

CAPITULO 14 “OXIDACIÓN ISOTÉRMICA Y CÍCLICA DE ACEROS A ALTASTEMPERATURAS PARA LA INDUSTRIA TÉRMICA”. Prof. Dr. Darío Yesid Peña Ballesteros,Ing. M. Eivin A. Álvarez C., Ing. M. Danaies de Jesés Infanzón.

CAPITULO 15 “PROGRAMAS DE GESTIÓN DE VIDA DE INSTALACIONES PARA SUOPERACIÓN PROLONGADA”. Dr. Raúl Versaci, Lda. María Elena Scharer, Dr. CarlosLasorsa.


6/24

1

CAPITULO 9TECNICAS DE MODIFICACION SUPERFICIAL EN MATERIALES

METALICOS

Dr. Jesús Porcayo-Calderón 1 2 Dr. Alberto Martínez-Villafañe 3 Dr. JoséG. Chacón-Nava 3 Dr. Lorenzo Martínez-Gómez 2

1 Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas-UAEM. Av. Universidad1001, Colonia Chamilpa, C.P. 62209, Cuernavaca, Morelos. México.

2 Instituto de Ciencias Físicas-UNAM. Av. Iniversidad s/n, Colonia Chamilpa, C.P.

62210, Cuernavaca, Morelos. México.3 Centro de Investigación en Materiales Avanzados. Av. Miguel de Cervantes 120,Complejo Industrial Chihuahua, C.P. 31109, Chihuahua, Chihuahua. México.

Mail: [email protected]

INTRODUCCION

Los equipos y maquinaría que interviene en los distintos sectores de la actividadindustrial y de servicios, está constituida por componentes sometidos a exigenciascada vez mayores, lo que en último extremo viene a limitar las posibilidades deutilización de los materiales considerados como convencionales. Ello, ha obligado adesarrollar nuevos procesos y tecnologías que permitan la utilización de ciertosmateriales para llevar a cabo funciones que en ocasiones pueden resultarcontradictorias, por lo que respecta a su respuesta en servicio; tal es el caso de lasdistintas propiedades superficiales y globales, relativas a toda la masa, que debencumplir ciertos componentes.

La tecnología de los recubrimientos ha adquirido una notable importancia dentro de la

actividad industrial actual en el intento de incrementar la vida útil de sus equipos. Estose puede lograr modificando su superficie con capas externas con determinadascaracterísticas funcionales, tales como resistencia a la corrosión, fricción, desgaste,erosión, fenómenos térmicos, etc. Conjugando las características funcionales de unrecubrimiento con las propiedades mecánicas de la totalidad de un componente, sepuede aumentar el período de vida útil de éste, así como su fiabilidad, rentabilidad yseguridad. Pero que es un recubrimiento? Una definición amplia que abarca la granmayoría de las técnicas o procesos de formación y aplicación de un recubrimiento es lasiguiente: “Cualquier modificación a la química o física de una superficie”. En particular,los recubrimientos depositados por proyección térmica consisten de una familia de

sistemas de recubrimientos por medio de los cuales se puede recubrir un sustrato,adecuadamente preparado, con una variedad de materiales que son calentados a un


7/24

2

estado fundido o semifundido y proyectados a una velocidad tal, contra el sustrato,para producir una fuerza de enlace satisfactoria para la aplicación.

Los materiales empleados como recubrimientos pueden incluir todo tipo ycombinaciones de cerámicos, carburos, plásticos y metales disponibles en forma depolvo o alambre. El calor necesario para la fusión del material, puede ser suministradopor la formación de un arco eléctrico o por la combustión de mezclasoxígeno/combustible. Las temperaturas de fusión pueden variar de 2200°C(oxígeno/combustible) a más de 15000°C (plasma) dependiendo del proceso deaplicación. La velocidad de las partículas determina la densidad del recubrimiento ypuede variar de 90 a más de 500 m/s, entre más alta la velocidad de las partículas, elrecubrimiento es más denso. Los recubrimientos pueden aplicarse bajo condicionesatmosféricas normales o en atmósferas especiales. Estas técnicas pueden aplicarse,además, en forma manual o automática. Además, en función del material rociado,

sistema de proyección y parámetros del proceso de deposición, se obtendrá unasuperficie con características únicas y completamente diferentes a las del sustrato quele confiera mayor dureza, resistencia al desgaste o a la corrosión, entre otras. Estascaracterísticas únicas, hacen a la proyección térmica una de las herramientas másversátiles de modificación superficial de un sustrato.

MODIFICACION SUPERFICIAL POR PROYECCION TERMICA

Consisten básicamente en la proyección térmica de una amplia gama de materiales(metálicos, cerámicos, combinaciones de ellos e incluso algunos polímeros) en formade polvo o alambre, en estado fundido o semifundido, a través de un rociador queaporta energía cinética y térmica al material por medio de una corriente de gas o airecomprimido, para poder ser impulsado a alta velocidad, con una temperaturadeterminada, contra una superficie que previamente debe ser preparada de maneraapropiada [1]. Como ocurre en todos los procesos que tienen como objetivo generarun recubrimiento, resulta fundamental un proceso previo de preparación de lasuperficie, en particular, en el caso de la proyección térmica es necesario contar conuna superficie con un nivel de rugosidad apropiado que pueda colaborar a “anclar” alrecubrimiento. En cuanto al propio proceso de proyección, dos factores son de mayor

importancia para el éxito del proceso. Por un lado, la energía cinética de las partículasy asociado a ello, la velocidad a la que viajan dichas partículas y, por el otro lado, laenergía térmica proporcionada por el medio usado para la combustión.

Formación del Recubrimiento

Independientemente de la forma de suministro del material de alimentación, laproyección térmica o termorrociado implica la proyección de partículas en estadofundido o semifundido contra la superficie de un material a recubrir (sustrato). Laspartículas al impactarse sobre el sustrato, pueden aplanarse adquiriendo formalaminar o de hojuelas, o fragmentarse parcialmente en gotas más pequeñas. Laformación del recubrimiento posee una estructura orientada, las laminillas se


8/24

3

encuentran paralelas a la superficie del sustrato. La integridad del recubrimiento esfunción de la interacción de las partículas al momento de impactarse con el sustrato(adherencia) y de la interacción entre laminillas (cohesión). Es común que laspartículas, en estado fundido o semifundido, reaccionen con la atmósfera durante sutrayectoria y sufran cierto grado de oxidación que a menudo es la frontera entrelaminillas. Al momento del impacto, algunas de las partículas pueden estar sin fundirdando al recubrimiento heterogeneidades y porosidad adicional. El corto tiempo deresidencia de las partículas en la zona de la flama puede provocar heterogeneidades enel recubrimiento debido a una alimentación no uniforme. De igual manera esimportante el perfil superficial del sustrato como determinante de la fuerza de enlacerecubrimiento-sustrato (figura 1).

Figura 1. Diagrama esquemático del proceso de formación y estructura típica de unrecubrimiento aplicado por proyección térmica o termorrociado [adaptada de 1-4].

Técnicas de plicación del Recubrimiento

Los recubrimientos obtenidos por proyección térmica pueden ser aplicados por variossistemas [1-4]:


9/24

4

Combustión convencional (rociado por flama de polvos y alambre). Arco eléctrico. Plasma. Alta velocidad de oxígeno-combustible (HVOF). Diseños especiales (pistola de detonación D-Gun). Rociado en frio.

En estos sistemas la energía térmica se obtiene a partir de la combustión de un gas ode la conversión de la energía eléctrica [2-4]. La combustión es la fuente de calor en elsistema de combustión convencional oxígeno-combustible (denominado “rociado porflama”) y en el sistema desarrollado recientemente “High Velocity Oxygen-Fuel”(HVOF). La pistola de detonación (D-Gun) también es un sistema de combustión en lacual se usan explosiones discretas para calentar e impulsar el material de

alimentación. La energía eléctrica se emplea para fundir un alambre en los sistemas dearco eléctrico y generar un gas ionizado a alta temperatura en los sistemas de plasma.

Proyección térmica por combustión convencional. Debido a la alta temperatura de laflama oxiacetilénica (3000°C), el acetileno es el gas combustible más comúnmenteutilizado para el rociado por flama. No obstante, se pueden utilizar otros gasescombustibles como propano, hidrógeno, gas natural. etc. En el rociado por flama depolvos, el material de alimentación se suministra con un alimentador de polvos o uncontenedor abierto por la base, dentro de un flujo de aire comprimido o gas el cual losuspende y entrega a la flama donde se calienta a un estado fundido o semifundido y

entonces se proyecta hacia el sustrato (figura 2).

Figura 2. Principio de operación del sistema de rociado por flama de polvos [2-4].


10/24

5

La velocidad de las partículas es baja y la calidad del recubrimiento es inferior a losobtenidos en otros sistemas, en términos de porosidad y fuerza de enlace. Es posiblemejorar la calidad de los recubrimientos usando aire comprimido para acelerar laspartículas fundidas y reducir la temperatura en la periferia de la flama.

En los sistemas de rociado por flama alimentados por alambre, los gases decombustión son usados solamente para fundir el material de alimentación. Laatomización y aceleración de las partículas, hacia el sustrato, se realiza con airecomprimido (figura 3). Las velocidades típicas de proyección de partículas son de 210-244 m/s, comparado a 24-36 m/s para sistemas alimentados por polvos.

Figura 3. Principio de operación del sistema de rociado por flama de alambre [ 2-4 ].

Proyección térmica por arco eléctrico. En el proceso de arco eléctrico convencional, se

alimentan dos electrodos consumibles de alambre metálico hasta coincidir en un puntodentro de la corriente de gas atomizante (figura 4). La diferencia de potencial entre losalambres, en contacto, genera un arco que funde la punta de los alambres. Unaboquilla dirige el gas atomizante (generalmente aire comprimido) a través de la zonadel arco, formando gotas de metal líquido e impulsándolas hacia el sustrato. Laatomización también se puede realizar usando un gas no reactivo (nitrógeno, argón).La atomización con gas inerte reduce los efectos negativos de la oxidación del materialde alimentación que ocurre en las cercanías de la zona del arco. Los aspectosatractivos de este proceso es la alta eficiencia de energía y la velocidad de proyecciónde partículas (240-330 m/s).


11/24

6

Figura 4. Principio de operación del sistema de rociado por arco eléctrico [ 2-4 ].

Proyección térmica por plasma. En los sistemas de plasma se utiliza un arco eléctrico,formado entre un cátodo (aleación de tungsteno) y un ánodo (boquilla de cobre), paracalentar una corriente continua de gas inerte, generalmente argón (figura 5). Comoconsecuencia de esto, el gas es ionizado (por ello el término “plasma” que se refiere alcuarto estado de la materia) y parte de la energía almacenada en el plasma se liberacuando el gas se “des-ioniza” [2, 5]. Algunos gases diatómicos como N 2 y H 2 seadicionan al gas de plasma para incrementar su entalpia. Estos enlaces molecularesson rotos cuando el gas es excitado y la recombinación de los átomos suministra másenergía para calentar el material de alimentación. El polvo se alimenta por arrastre congas inerte y la inyección puede ser perpendicular o inclinada a un ángulo opuesto al

flujo del chorro de plasma. El impulso dado por el gas de arrastre debe ser suficientepara que las partículas de polvo penetren en el plasma y sean llevadas en la trayectoriacorrecta hacia el sustrato.

La combinación de alta temperatura (15000-20000°C), velocidad de proyección departículas (350-800 m/s), velocidad de calentamiento y atmósfera inerte del plasma,dan recubrimientos con características sobresalientes (porosidad mínima, altas fuerzasde enlace), además de que se puede rociar la mayoría de los materiales disponibles enforma de polvo. Controlando la atmósfera de rociado se puede mejoraconsiderablemente la calidad del recubrimiento, ya que se previene la oxidación de laspartículas metálicas fundidas, aumentando su cohesión y eliminando la fuente deinclusión de óxidos indeseables. Una modificación más radical en el proceso y en el


12/24

7

recubrimiento, se logra rociando en cámara de vacío, denominado rociado por plasmaa presión reducida. En este proceso la longitud de la flama es más larga y la velocidadde las partículas es mayor que en aire, además, el sustrato puede precalentarse sinsufrir oxidación, reduciendo los esfuerzos residuales en el recubrimiento.

Figura 5. Principio de operación del sistema de rociado por plasma [ 2-4 ].

Proyección térmica por el sistema HVOF. Se considera que el sistema HVOF se asemejaa un motor de propulsión. Esta técnica se basa en el diseño de boquillas especiales, enlas cuales, una flama comprimida experimenta una expansión libre a la salida de laboquilla, provocando con ello una aceleración dramática de los gases de combustión.El primer desarrollo de un sistema HVOF fue la pistola Jet Kote. El sistema Jet Koteutiliza un gas combustible (propileno, hidrógeno, propano) inyectado a presión conoxigeno en una cámara de combustión enfriada por agua. La velocidad de los gases decombustión es del orden de cinco veces la velocidad del sonido, y la velocidad de las

partículas de 550 a 800 m/s. El éxito de la pistola Jet Kote promovió el desarrollo deotros sistemas HVOF, como el sistema Diamond Jet, Top Gun y J-Gun [2].

En el caso del sistema Diamond Jet, el gas combustible fluye a través de un sifóndonde es mezclado con oxígeno, esta mezcla es eyectada a través de la boquilla dondese produce su ignición (figura 6). La flama adquiere una configuración circular dondepueden observarse los diamantes de choque que caracterizan a estos sistemas. Estetipo de flama garantiza un calentamiento uniforme de las partículas acelerándolas avelocidades de hasta 1400 m/s [6]. La alta velocidad de impacto de las partículas nohace necesario que éstas estén fundidas para obtener un recubrimiento de alta calidad.

Debido a que la temperatura de flama es relativamente baja (del orden de 2760°C), esdifícil rociar cerámicos y metales refractarios. La transferencia de calor a partículas


13/24

8

grandes puede ser insuficiente debido a que el tiempo de permanencia en la flama escorto, por ello se requiere un tamaño de partícula más fino y una distribución detamaño de partícula más estrecho que en otros procesos.

Figura 6. Principio de operación del sistema de rociado HVOF [6].

Proyección térmica por pistola de detonación. Si el sistema HVOF se asemeja a unmotor de propulsión, se puede considerar que la pistola de detonación se asemeja aun pequeño cañón. En estos diseños, mezclas de gas oxiacetilénico y polvos soninyectados en la cámara del cañón y se induce la explosión con una bujía (figura 7).Entonces, la cámara de combustión se purga con nitrógeno y se inicia un nuevo ciclo,la frecuencia de operación es de cuatro a ocho ciclos por segundo. La clave en laoperación de la pistola de detonación es la velocidad de rociado de las partículas,estimada en 750 a 800 m/s. En este caso las partículas proyectadas no necesitan estarcompletamente fundidas, ya que las ondas de choque y la conversión de la energía

cinética a calor, durante el impacto, generan un recubrimiento bien adherido conporosidad mínima (menor al 2%).

Figura 7. Principio de operación del sistema de detonación (D-Gun) [ 2-4 ].


14/24

9

Rociado en frío. Es un proceso donde partículas de pequeñas (5 - 50 μ m) sonaceleradas por un gas presurizado (nitrógeno o helio) que se calienta a temperaturasentre 300 y 800°C, hasta alcanzar velocidades supersónicas. Este proceso se basa enlas propiedades que adquieren las partículas al proyectarlas a una determinada presióny temperatura. El estudio y control de estas variables permite la obtención derecubrimientos a partir de partículas en estado sólido. Exite una diferencia básica entrelas técnicas convencionales de proyección térmica y la denominada proyección fría. Enlas primeras el sistema necesita elevada energía térmica y cinética para formar elrecubrimiento, en el caso de la proyección fría la energía cinética es la principalcaracterística [7].

Figura 8. Principio de operación del sistema de rociado enfrio [ 7].

Las principales ventajas que el proceso [7]:

Baja porosidad de los recubrimientos. El efecto compresivo de las partículasque llegan a alta velocidad al sustrato, tiende a cerrar los poros y huecosexistentes en las capas subyacentes de material.

Alta eficiencia de deposición (60-95 %). Disminución de óxidos atrapado en el recubrimiento. Al no fundirse las

partículas, la reactividad superficial de las mismas es menor que en el caso delas técnicas convencionales.

Debido a que las partículas no se encuentran en estado fundido al llegar alsustrato, la alta presión hace que las tensiones residuales existentes en los


15/24

10

recubrimientos generados por proyección térmica convencional, seansustituidas por tensiones de tipo compresivo.

La composición química y la microestructura de los materiales de partida sepreserva.

Mínima preparación del sustrato. Es posible obtener recubrimientos con alta conductividad eléctrica y/o térmica. Es posible proyectar materiales especiales termosensibles. Posibilidad de reutilización de las partículas no adheridas al sustrato (100 % de

reciclaje). Incremento de la seguridad operacional debido a la ausencia de un haz de gas

de alta temperatura, combustión, radiación o gases explosivos.

Si se comparan las velocidades de las partículas con respecto a la temperatura en lasdiferentes técnicas de proyección, se obtiene el gráfico siguiente, donde se observa

que con la técnica de proyección en frío se obtienen mayores velocidades de partículaa menores temperaturas.

Figura 9. Relación entre la temperatura del proceso de rociado y la velocidad deproyección de las partículas.

FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DE LOS RECUBRIMIENTOS

Enlace recubrimiento sustrato . La microrugosidad de la superficie del sustrato,obtenida por chorreado con materiales abrasivos, es crítica para una adhesiónadecuada del recubrimiento [8]. La superficie irregular ancla la capa inicial departículas rociadas y redistribuye los esfuerzos en la interfase recubrimiento-sustrato, haciendo que el recubrimiento sea menos propenso al

desprendimiento. Este mecanismo de entrelazamiento es el principal modo deadherencia, además de las fuerzas de enlace químicas y físicas, en pocos casos


16/24

11

se logran enlaces metalúrgicos semejantes a los encontrados en recubrimientosobtenidos por inmersión en caliente (hot dip).

Defectos. La porosidad del recubrimiento es crítica en aplicaciones queinvolucran el fenómeno de corrosión, ya que si se establece una ruta continuahacia el sustrato, el recubrimiento fallará prematuramente. La oxidación de laspartículas, durante el rociado, puede promover la formación de redes continuasde óxidos en el recubrimiento, que pueden ser perjudiciales en términos decorrosión, cohesión y otros parámetros de funcionalidad.

Superficie del recubrimiento. La textura y rugosidad de la superficie delrecubrimiento son importantes respecto a sus características de desgaste. Lascaracterísticas superficiales del recubrimiento están influenciadas por eltamaño de partícula de alimentación (para polvos), parámetros de aplicación

del recubrimiento y método de aplicación. La rugosidad del sustrato es unfactor determinante en el perfil superficial del recubrimiento. Muchasaplicaciones requieren un acabado superficial mediante un maquinado orectificado del recubrimiento.

Esfuerzos residuales. La deposición de partículas sobre un sustratorelativamente frío, tiende a generar esfuerzos residuales tensiles en elrecubrimiento. Esto puede ocasionar el desprendimiento del recubrimiento siexiste un enfriamiento rápido, principalmente en recubrimientos gruesos. Elprecalentamiento del sustrato reduce en algún grado los esfuerzos residuales

tensiles del recubrimiento. Las diferencias en los coeficientes de expansióntérmica del sustrato y recubrimiento son importantes en aplicaciones dondeexisten ciclados térmicos. Estas diferencias pueden aminorarse parcialmentecon el uso de recubrimientos de anclaje. Las consideraciones de esfuerzo sonespecialmente críticas para recubrimientos cerámicos, los cuales tienden aagrietarse bajo cargas tensiles [8].

Cambios microestructurales. Cada partícula depositada se puede considerarcomo una microfundición que experimenta un enfriamiento rápido. Algunasocasiones la solidificación puede ser tan rápida que no se tiene la oportunidadde llevarse a cabo la nucleación y crecimiento de los cristales que genera laestructura normal del grano, en su lugar se pueden obtener estructurasamorfas con propiedades completamente diferentes de su contraparte cristalina[9]. Estas estructuras metaestables se pueden convertir a formas más establesdurante su servicio.

VARIABLES DETERMINANTES DEL PROCESO DE PROYECCION

Uniformidad del material de alimentación . Los materiales de alimentación

pueden ser polvos pre-aleados fabricados por atomización, o por trituración.Algunos polvos son aglomerados de partículas, aunque también pueden ser


17/24

12

sinterizados para obtener partículas más coherentes aleadas parcial ocompletamente. Los polvos compuestos se generan por el revestimientoquímico de una partícula o recubriendo la partícula con partículas más finasusando un aglutinante o por sinterización. Algunos polvos son mezclas dediferentes aleaciones en polvo que al momento de formarse el recubrimiento seobservará la diferencia en composición entre las laminillas que lo forman. Laheterogeneidad en los materiales de alimentación se refleja en el recubrimientofinal debido al corto tiempo que las partículas permanecen a alta temperatura yque no es suficiente para obtener una homogeneización completa. Sin embargola heterogeneidad en la composición química no necesariamente es un factorindeseable, en algunos casos es el factor clave para la formación delrecubrimiento. Los materiales de alimentación en forma de alambregeneralmente son aleaciones más homogéneas [2].

Forma de la partícula. En los procesos que usan materiales de alimentación enpolvo, la forma de la partícula puede tener una influencia importante envariables tales como velocidad de alimentación, transferencia de calor einteracciones con la atmósfera de rociado.

Distribución de tamaño de partícula . Las interacciones entre partículas, fuentede calor, atmósfera y sustrato, dependen del tamaño de una partícula dada. Enlos procesos alimentados por polvos se desea tener un rango estrecho detamaño de partícula para que se puedan ajustar los parámetros de rociado ylograr un calentamiento óptimo de las partículas. Sin embargo, por

consideraciones económicas el rango de distribución es más amplio,incrementando con esto la proporción de partículas sin fundir ysobrecalentadas (excesivamente oxidadas). Los procesos HVOF requieren untamaño de partícula más fino debido a su corto tiempo de residencia en la zonade combustión. En algunos casos, un tamaño de partícula más fino tiende agenerar esfuerzos residuales más altos y a bajar el límite de espesor delrecubrimiento, posiblemente debido a que la velocidad de enfriamiento es másrápida y el recubrimiento no tiene el tiempo suficiente para liberar losesfuerzos térmicos por deformación plástica. En los procesos alimentados poralambre, el tamaño de partícula es dependiente de los parámetros deatomización como velocidad de flujo de gas atomizante, velocidad dealimentación y tamaño del alambre, energía de entrada y configuración de lapistola.

Calentamiento de la partícula . Un paso crítico en los procesos de termorrociadoes la transferencia de energía de la fuente de calor al material de alimentación.Generalmente, una gran fracción de las partículas rociadas están fundidas almomento del impacto. Sin embargo, un calentamiento excesivo, arriba delpunto de fusión, puede conducir a una fragmentación indeseable de las

partículas cuando golpean la superficie del sustrato, además de incrementar losesfuerzos residuales, oxidación y promover la vaporización selectiva que puede


18/24

13

cambiar la composición de la aleación [9]. Para la formación de un buenrecubrimiento no es necesario que las partículas alcancen su punto de fusión,la energía cinética de las partículas actúa como un plastificante de la partículaal momento del impacto, además de que puede convertirse en calor induciendomicrosoldaduras locales en el sustrato o sobre las partículas previamentedepositadas. El calentamiento de la partícula, también puede llevarse a cabopor el calor generado a partir de reacciones exotérmicas de las partículas.

Velocidad de la partícula. Si se incrementa la velocidad de las partículas sepuede obtener un recubrimiento denso más adherente. Esta es la ventajaesencial de los sistemas de detonación, HVOF y rociado en frío. Los sistemas decombustión convencional de polvos tienen las velocidades de partícula másbajas y esto se refleja en propiedades más pobres del recubrimiento (bajasfuerzas de enlace, alta porosidad) comparado con otros sistemas alimentados

por polvos. La importancia de la velocidad se relaciona con la conversión de laenergía cinética de la partícula a otras formas de energía al momento delimpacto y a la conformación de las partículas sobre la superficie del sustrato.

Atmósfera de rociado . La oxidación de las partículas es perjudicial en el caso derecubrimientos metálicos, particularmente si se forma una cubierta de óxidosobre la superficie de las gotas. La fragmentación e inclusión de estos óxidosdisminuye la adhesión y cohesión y confiere mayor porosidad al recubrimiento.Estos problemas se pueden minimizar utilizando cámaras de rociado a presiónreducida o en gas inerte y usando gas inerte en lugar de aire comprimido para

lograr la atomización en los sistemas de rociado por arco eléctrico. En algunoscasos son deseables las reacciones con la atmósfera de rociado, por ejemplocuando se requieren reacciones exotérmicas, oxidación o nitruración de laspartículas para mejorar la resistencia al desgaste o la formación de otroscompuestos.

Condiciones del sustrato. La clave de un buen enlace recubrimiento-sustrato esla preparación de la superficie del sustrato. El objetivo de la preparaciónsuperficial es proveer de una máxima adherencia al recubrimiento, la prácticaactual tiene un doble propósito. El primero es remover todo material extraño dela superficie del sustrato, así como eliminar costras con enlace químico, óxidose imperfecciones. El segundo propósito es incrementar el área superficial porun aumento de la rugosidad y proveer puntos de anclaje que mejoran laadherencia y permiten aumentar el espesor del recubrimiento. Para eliminargrasas, aceites, óxidos, polvo y suciedad en general, se acude a diversosmétodos físicos, químicos y mecánicos tales como limpieza por solventes,agentes limpiadores alcalinos, decapado ácido, flameado, cepillado manual omecánico, granallado, etc. La elección del método adecuado depende delestado inicial de la superficie que se va a acondicionar, pero en general se debe

obtener una superficie a metal blanco rugosa y totalmente limpia. El métodousual para lograr una preparación apta para la metalización es el chorreado, si


19/24

14

éste se realiza con perdigones (shot-blasting) la superficie queda relativamentesuave con pequeños perfiles, en cambio si se realiza con arena (sand-blasting)o granalla angular afilada (grit-blasting) el metal quedará rugoso, con altosdesniveles pico/valle. Actualmente el método más recomendado es el uso degranalla. En general, el termorrociado se debe realizar máximo una horadespués de realizada la preparación superficial, y deberá evitarse unprecalentamiento excesivo del sustrato. El precalentamiento es benéfico parareducir los esfuerzos residuales siempre y cuando no degrade las propiedadesdel sustrato o lo oxide. Normalmente la temperatura de precalentamiento delsustrato debe ser de 120 a 200°C [2].

Angulo de rociado . Se recomienda un rociado normal a la superficie delsustrato, las desviaciones a esta consideración incrementarán la porosidad delrecubrimiento y disminuirán la eficiencia de deposición. Otra consideración

importante es la distancia de rociado, debido a que se puede inducir laoxidación, pérdida de energía cinética y temperatura de la partícula almomento del impacto sobre el sustrato.

CARACTERISTICAS QUE DEBEN POSEER LO RECUBRIMIENTOS

La filosofía con respecto a los recubrimientos, es que el material base estédesarrollado con propiedades mecánicas óptimas, mientras que el recubrimientosuperficial se selecciona para lograr una máxima protección en el ambiente de servicio.Las propiedades requeridas por un sistema de recubrimientos se listan en la Tabla I, deésta se observa que el sistema seleccionado debe satisfacer un rango complejo derequerimientos. Además, las propiedades deben mantenerse dentro del rango enterode temperatura de operación del componente durante el servicio. Es obvio que eldesarrollo de un recubrimiento que satisfaga todo el rango de requerimientos esextremadamente difícil y que una aproximación más realista implica el uso de sistemasque ofrezcan un compromiso entre estas propiedades.

De igual manera podemos decir que la calidad y propiedades de los recubrimientos

aplicados por proyección térmica están determinadas por el tamaño, temperatura yvelocidad de las partículas rociadas al chocar con el sustrato, así como del grado deoxidación de las partículas y del sustrato durante el rociado. Las aleaciones metálicasdepositadas por el proceso de proyección térmica no retienen su composición químicaoriginal a menos que se usen técnicas especiales y por lo tanto, sus propiedadespueden cambiar significativamente, debido a ésto, el grado de variación depende delmétodo de rociado empleado. Con los métodos de plasma y arco eléctrico, puedenperderse cantidades apreciables de constituyentes de bajo punto de fusión debido a lavaporización. La oxidación de las partículas puede ser significativa cuando se utilizaaire como impulsor.


20/24

15

Tabla 1. Propiedades requeridas en sistemas de recubrimientos.

Propiedad Requerimientos

Resistencia a la corrosión y oxidación

Formación inicial rápida de unapelícula delgada de óxido uniforme,

adherente y protector. Velocidad de crecimiento lenta de la

capa. Capa altamente estable y adherente Alta concentración de los elementos

que forman la capa. Velocidad de corrosión-oxidación

aceptable.

Resistencia a la oxidación Capa de óxido adherente y dúctil. Ductilidad del recubrimiento

moderada.

Estabilidad interfacial recubrimiento-sustrato

Baja velocidad de difusión a través dela interfase.

Cambios mínimos en composición,particularmente con referencia a laformación de fases frágiles.

Adhesión del recubrimiento Propiedades similares del substrato yrecubrimiento.

Propiedades mecánicas

Habilidad para resistir los ciclos

temperatura-deformaciónencontrados por el componentedurante el servicio.

Ductilidad del recubrimientoadecuada.

Efectos mínimos sobre laspropiedades del substrato.

Proceso de rociado

Capacidad para recubrir formascomplejas.

Optimizado para obtener un

recubrimiento uniforme encomposición, estructura, espesor ydistribución del espesor.Coste aceptable.

Las propiedades físicas y mecánicas de un recubrimiento aplicado por rociado térmicodifieren mucho de las del material original. La estructura del recubrimiento es laminary no homogénea. Su cohesión es generalmente resultado de enlaces mecánicos, algunafusión punto a punto y algunas veces enlaces óxido a óxido. Las resistencias a latensión de estas estructuras son bajas comparadas con las del mismo material en laforma de trabajado o fundición. Algunas veces la resistencia a la compresión es alta


21/24

16

pero la ductilidad es baja. Los recubrimientos a partir de alambre son menos densosque el material original. En cualquier caso, los recubrimientos aplicados por rociadotérmico deben considerarse como una forma distinta y separada del material original.

ALEACIONES Y MATERIALES PARA LA PROYECCION

Aleaciones ferrosas. Todos los materiales ferrosos y aleaciones que son utilizadas hoydía en la industria y que pueden llevarse a forma de alambre o polvo, pueden serdepositadas por la técnica de proyección térmica. Solamente aquellos materiales queson disponibles en forma de alambre pueden depositarse por los procesos de rociadode alambre por flama y arco eléctrico. Cualquier material que sea disponible en laforma de polvo puede aplicarse por los procesos de rociado de polvo, plasma ypistola-D. La aplicación de polvos por proyección térmica con flama oxígeno-acetilenoestá limitada en algunos casos por el punto de fusión de los polvos.

Aleaciones metálicas no ferrosas. Lo mismo que las aleaciones ferrosas cualquiermaterial no ferroso que tenga la presentación de alambre o polvo puede sertermorrociado para producir un recubrimiento.

Aleaciones autofundentes. Estos son materiales en polvo se emplean en los procesosde proyección térmica por flama y plasma. Estas aleaciones, que en general contienenBoro y Silicio para evitar la oxidación, son depositados sobre el sustrato en formasemifundida, luego a la pieza completa se le eleva la temperatura con un soplete parallevar el recubrimiento al estado fundido; formas alternativas de llevar el recubrimientoal estado fundido pueden realizarse en una mufla o por hornos de inducción, estecalentamiento posterior al rociado produce recubrimientos de alta densidad los cualestienen un enlace muy fuerte con el sustrato.

Cerámicos. Los cerámicos normalmente están disponibles en la forma de polvo y espor eso que pueden ser aplicados por los procesos de proyección térmica por flama yplasma. En general cualquier cerámico puede usarse para producir un recubrimiento.Los materiales cerámicos pueden estar como un solo óxido, doble óxido, mezclas deóxidos o en mezclas cerámicas embebidas en matrices metálicas (cermentos).

Carburos. Dos clases de carburos se utilizan en la industria: carburo de tungsteno ycarburo de cromo. Ambos se encuentran en forma de polvo y se aplican por medio delos procesos de plasma o la pistola-D, aunque algunos carburos pueden aplicarse porel proceso de flama. Estos recubrimientos son utilizados para la resistencia al desgastepor abrasión, erosión o fricción de dos metales.

PREPARACION DE LA SUPERFICIE

El objetivo de la preparación de la superficie es crear una adhesión adecuada delrecubrimiento sobre el sustrato. Una fuerte adherencia es la clave para un buen


22/24

17

desempeño y larga vida del recubrimiento; si la adherencia es débil, el recubrimientogradualmente fallará por ampollamiento, corrosión bajo la capa recubierta oastillamiento.

El primer objetivo de la preparación de la superficie es proveer de una máximaadherencia al recubrimiento, la práctica actual de la preparación superficial tiene undoble propósito. El primero es remover cualquier material extraño de la superficie delsustrato, así como también eliminar costras con enlace químico, óxidos eimperfecciones que disminuyen la adherencia sobre la superficie del metal. El segundoobjetivo de la preparación de la superficie es incrementar el área superficial por unaumento de la rugosidad y proveer puntos de anclaje que mejoran la adherencia ypermiten aumentar el espesor del recubrimiento.

Para la eliminación de grasas, aceites, óxidos, polvo y suciedad en general, desde hace

mucho tiempo se viene acudiendo a diversos métodos físicos, químicos y mecánicostales como la limpieza por solventes o detergentes, agentes limpiadores alcalinos,decapado ácido, flameado, cepillado manual o mecánico, granallado, etc. La eleccióndel método adecuado dependerá del estado inicial de la superficie metálica que se va aacondicionar pero en general se debe obtener una superficie a metal blanco rugosa ytotalmente limpia.

Existen varios tipos de equipos mecánicos para preparación superficial en uso paralimpiar la superficie y proporcionar una adherencia adecuada al recubrimiento. Losprincipales organismos que han emitido normas o procedimientos para llevar a cabo

tales procesos el Steel Structures Painting Council (SSPC), y la National Asociation ofCorrosion Engineers (NACE).

En la tabla 2 se listan las especificaciones de preparación de superficie establecida porambos organismos. Cada grado más bajo en la lista permite una cantidad mayor decontaminación para quedar en la superficie a cubrir. Esto es sumamente importante yaque el grado de contaminación es la clave de la adherencia de un recubrimiento.

Tabla 2. Preparación Superficial en Orden Descendiente de Efectividad.

i. Limpieza con ráfaga de arena a metal blanco NACE #1, SSPC SP 5-63.ii. Limpieza con ráfaga de arena cerca de metal blanco NACE #2, SSPC SP 10-63.iii. Limpieza comercial con ráfaga de arena NACE #3, SSPC SP 6-63.iv. Baño ácido SSPC SP 8-63.v. Limpieza con cepillo NACE #4, SSPC SP 7-63.

vi. Limpieza con flama SSPC SP 4-63.vii. Limpieza con herramienta SSPC SP 3-63.viii. Limpieza con cepillo de alambre SSPC SP 2-63.ix. Limpieza con solvente SSPC SP 1-63.

El método usual para consegir una prepación apta para la metalización es elchorreado. Si este se realiza con perdigones (shot-blasting) la superficie metálica


23/24

18

queda relativamente suave con pequeños perfiles, en cambio si se realiza con arena(sand-blasting) o granalla angular afilada (grit-blasting) el metal se presenta rugoso,con altos desniveles pico/valle. Actualmente el método más recomendado es el uso degranalla.

CONCLUSIONES

Los recubrimientos metálicos aplicados por proyección térmica pueden ser utilizadoscomo alternativas para la recuperación de pieza, como barreras térmicas, superficiescatalíticas, para protección contra erosión, desgaste, corrosión y/o oxidación enambientes agresivos, etc. Casi cualquier tipo de material que pueda ser fabricado enforma de polvo o alambre puede ser aplicado en forma de recubrimiento. Losrecubrimientos para resistencia a la corrosión están diseñados para lograr una máximaprotección en el ambiente de servicio y el metal base debe tener las propiedadesmecánicas necesarias. De los procesos de proyección térmica, el plasma y el rociadopor flama por el proceso HVOF, son con los que se logran recubrimientos de mejorcalidad en cuanto a propiedades físicas y químicas. No obstante con el proceso derociado en frío también se pueden lograr estas propiedades y características.

REFERENCIAS

1. L. Pawlowski, The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, John Wiley &

Sons, Ltd., Chichester, England, 1995.2. R.P. Krepski. Thermal Spray Coatings Applications in the Chemical Process

Industries, The Materials Technology Institute, 1993.3. W.G. Wood. Metals Handbook (Surface Cleaning, Finishing, and Coating) Vol 5, 9th

Ed., Metals Park, Ohio, American Society for Metals (ASM), 1982.4. C. Wick and R.F. Veilleux. Tool and Manufacturing Engineers Handbook, Vol III

(Materials, Finishing and Coating), Chapter 22, Society of Manufacturing Engineers,1986.

5. J. García-Forjas y J. García-Zayas. “Recubrimientos por proyección por plasma”,Metalurgia y Electricidad, No 642, marzo 1992, pp 134-140.

6. High Velocity Oxygen-Fuel, “Diamond Jet System and Gun Manual”, Metco-PerkinElmer, 1989.

7. M. Villa, S. Dosta, J. Fernández, J. M. Guilemany. “La proyección fría (CGs): Unaalternativa a las tecnologías convencionales de deposición”, Revista de Metalurgia,Vol 48, No. 3, 2012, 175-191.

8. C.C. Berndt and R. McPherson. “The adhesion of flame and plasma sprayedcoatings - A literature review - AWRA Report P11-1-78”, Australian WeldingResearch, january 1979, pp 75-85.

9. R. McPherson. “The relationship between the mechanism of formation,

microstructure and properties of plasma-sprayed coatings”, Thin Solid Films, Vol83, 1981, pp 297-310.


24/24

19

10. S.R. Saunders and J.R. Nicholls. “Coatings and surface treatments for hightemperature oxidation resistance”, Materials Science and Technology, Vol 5, No 8,1989, pp 780-798.

11. P.J. Gellings. “High temperature oxidation and sulphidation and their prevention byceramic coatings”, British Corrosion Journal, Vol 27, No 2, 1992, pp 105-112.

12. P.C. Felix. “Coatings requirements for industrial gas turbines”, Materials andcoatings to resist high temperature corrosion, Ed. D.R. Holmes and A. Rahmel,1978, pp 199-211.

13. W. Betz. “Profile of requirements for protective coatings against high temperaturecorrosion and some experience with their behaviour in service”, Materials andCoatings to Resist High Temperature Corrosion, Eds. D.R. Holmes and A. Rahmel,1978, pp 185-197.

14. T.N. Rhys-Jones. “Coatings for blades and vane applications in gas turbines”,Corrosion Science, Vol 29, No 6, 1989, pp 623-646.

cap 9 - tecnicas de modificacion superficial en materialespdf

Documents