Recubrimientos micro-nano estructurados de grandes espesores por proyección fría para la reparación y protección de componentes industriales de altro valor añadido

Abstract

La proyección fría es una técnica de proyección térmica que permite la obtención de recubrimientos metálicos y metal/cerámicos con estructuras densas (porosidad inferior a 0,1%) y libres de óxidos. De manera general, ésta técnica se caracteriza por la alta velocidad que pueden alcanzar las partículas y la baja temperatura empleada en el proceso. Los recubrimientos son formados en estado sólido, las partículas con alta energía cinética, impactan la superficie a recubrir, se deforman y se adhieren al sustrato y a otras partículas. Por lo tanto, para lograr microestructuras densas se requiere un alto nivel de deformación plástica así como la combinación de parámetros como las características y composición del polvo de partida, los parámetros del proceso y los tratamientos posteriores que puedan afectar la formación y las propiedades del recubrimiento. Este trabajo se enfoca en la optimización de los parámetros de proyección, basados en la relación de las propiedades microestructurales (microestructura, deformación de partículas), propiedades mecánicas (microdureza, adherencia y resistencia la desgaste) y resistencia a la corrosión (celda electroquímica y niebla salina). El objetivo se basa en encontrar la relación entre las propiedades microscópicas y las propiedades macroscópicas, así como los factores que pueden influir en el proceso para la obtención de recubrimientos de grandes espesores (recargues) mediante la tecnología de proyección fría para la reparación y restauración de componentes de alto valor añadido fabricados en aleaciones ligeras. Los materiales empleados para la evaluación de recubrimientos fueron Al puro, Al-12Si, Al-7,5Mg nanoestructurado y metal-cerámicos Al/Al2O3 sobre sustratos de aleación de aluminio AA5083 y aleación de magnesio AZ91D. Las propiedades microestructurales fueron evaluadas mediante diferentes técnicas de microscopía (MO, SEB, TEM); la resistencia al desgaste fué determinada empleando un medio abrasivo (ensayo de Rubber-Wheel) y por fricción (Ball-on-disk) y la resistencia a la corrosión fué determinada mediante medidas en celda electroquímica (Potencial en circuito abierto y curvas de polarización) así como en cámara de niebla salina. Las aplicaciones que se han dado a la proyección fría, han sido para la obtención de recubrimientos en grandes espesores desde 500 μm hasta recargues de más de 15 mm de espesor totalmente densos. Este tipo de recargues ha sido proyectado sobre un componente fabricado en aleación ligera a modo de estudiar la viabilidad industrial de esta aplicación.

Cold spray technique is presented as a new way for component repair; this is a solid state process in which spray particles are deposited via supersonic velocity impact at a temperature much below the melting point of the spray material. It presents outstanding characteristics such as high density coatings (porosity less than 0.1%) and absence of thermal degradation (no oxidation or particles dissolution). In addition, this technique is as a viable alternative for obtained very thick coatings (overlays) for dimensional restoration of damaged components.

The objective is to find the relationship between the microscopic properties and the macroscopic properties, as well as the factors that can influence the process for the obtaining for obtained very thick coatings (overlays) by cold spray.

Commercially available gas-atomised powders of Aluminum and Al-12Si were used as feedstock in the present study, as well as a nano-structured Al-7,5Mg powder obtained by cryomilling. Aluminum alloy AA5083 and magnesium alloy AZ91D were used as substrates.

Dense and well bonded Al based coatings of up to 15 mm of thickness have been obtained. The microstructure, mechanical performance and corrosion resistance properties were investigated and discussed.

These coatings offer an alternative protection against corrosion and increased wear resistance in a relatively economic process that can simplify the maintenance and repair tasks and to extend the shelf life of some light alloys

An industrial part (as-cast automotive wheel) has been satisfactorily repaired by Cold Spray, this technique will provide new opportunities for maintenance, repair and protection of light alloys.