Presentación de PowerPoint - tecnosuiza.cl de la pieza: 70-150ºC Plasma Arco Llama HVOF. ... La...
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I + D + i
Rubén González RodríguezDpto. de Ciencia y Tecnología NáuticaUniversidad de Oviedo
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
INDICE1. Nuevos procesos de proyección térmica
1. Proyección Fría2. Warm spray3. HVAF
2. Aplicaciones tribológicas del láser1. Propiedades de la radiación láser. Interacción con los materiales2. Aplicaciones industriales del laser3. Recubrimientos mediante láser
Refusión láserPlaqueado láser
3. Innovación en recubrimientos1. Recubrimientos multicapa2. Recubrimientos progresivos3. Modificaciones del régimen de lubricación
NUEVAS PROCESOS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Jornada Técnica:PROYECCIÓN TÉRMICA
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Material Zona de fusión Haz de Proyección Recubrimiento
Hilo/PolvoMetales
CerámicasCermets
Polímeros
ProcesoSubstrato
Distancia de proyección
Temperatura de la pieza: 70-150ºC
PlasmaArcoLlamaHVOF
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Velocidad
Tem
pera
tura
ARCO
LLAMA
PLASMA
DETONACION
PROYECCIÓN FRÍA
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Un gas a elevada presión (hasta 40bar) y baja Temperatura que le transmite una elevada
energía cinética (velocidad hasta 4 mach) y bajo aporte térmico, aprovechando la deformación
plástica del material de aporte para la adherencia mecánica al sustrato.
Proyección fría (Cold Gas Spray)
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Proyección fría (Cold Gas Spray)
Materiales de recubrimiento•Metales: Aluminio, Titanio, Níquel, Cobre, Plata, Oro•Aleaciones: Ni-Cr, Bronce, Latón, MCrAlY
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Velocidad crítica < velocidad de erosión
Proyección fría (Cold Gas Spray)
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Proyección fría (Cold Gas Spray)
•La partículas no sufren fusión (no hay stress térmico)
•Reducción o anulación de las porosidades y los óxidos en los recubrimientos
•No existe el splashig ya que las partículas se encuentran en estado solido cuando
llegan al sustrato
•El efecto “peening” de las partículas que llegan a alta velocidad tienden a cerrar los
pequeños poros y huecos existentes en las capas de material subyacentes.
•La química, la composición de las fases, y la estructura cristalina de las materias
primas se mantiene.
•Es de manejo fácil, rápido y se trabaja en atmósfera ambiental
•Proceso más eficiente y más respetuoso con el medio ambiente
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Velocidad
Tem
pera
tura
ARCO
LLAMA
PLASMA
DETONACION
COLD SPRAY
WARM SPRAY
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
La técnica de Cold Spray tiene dificultades para conseguir temperaturas por encima de los 800K.La temperatura de fusión y de cambio de fase de muchos materiales inorgánicos esta entornoa los 800~1500 K.La cohesión y densificación esta controlada por propiedades mecánicas dependientes de latemperatura.
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Warm Spray
La baja capacidad de deformación del titanio se traduce en recubrimientos más porosos comparado con otros materiales como el aluminio o el cobre
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
Se denomina Warm Spray a un proceso similar al de HVOF en el cual la temperatura de lacombustión se controla mediante la introducción de un gas inerte (nitrógeno).Se obtiene un flujo supersónico resultante entre 800~1900 K y 900~1600 m s−1
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Warm Spray
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
Velocidad
Tem
pera
tura
ARCO
LLAMA
PLASMA
DETONACION
COLD SPRAY
WARM SPRAYHVAF
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NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
High Velocity Air Fuel
Proceso similar al HVOF pero se emplea aire en lugar de oxígeno
Aire
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©2009 Kermetico, Inc.
•Se elimina la necesidad de tanques de oxígeno y reduciendo costes.•El empleo de aire permite operar a bajas temperaturas con todas las ventajas de la proyección de partículas sólidas (Cold Spray)•El contenido de óxidos disminuye •Las capas resultante contienen tensiones residuales de compresión
NUEVAS TÉCNICAS DE PROYECCIÓN TÉRMICA
High Velocity Air Fuel
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Jornada Técnica:PROYECCIÓN TÉRMICA
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
La longitud láser consiste en una única longitud de onda, adiferencia de la luz blanca, que es una combinación de todos loscolores o longitudes de onda.
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
La direccionalidad es la propiedad de concentrar toda la luz láser en un rayo estrecho que se propague en una única dirección.
Se dice que una fuente de luz es coherente cuando todas lasondas de luz poseen la misma frecuencia y están en fase.
Características de la radiación láser
Coherencia
Direccionalidad y divergencia
Monocromaticidad
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•Gran intensidad energética, que se puede concentrar en una zona muy reducida de una manera
controlada.
•No hay contacto entre pieza y herramienta.
•El rendimiento energético global es mayor que el conseguido por procedimientos tradicionales de
soldadura, tratamientos térmicos, etc.
•Rapidez de respuesta y precisión, lo que, unido a la flexibilidad, permite una buena integración con
la robótica .
•Capaz de generar nuevas transformaciones microestructurales en las materiales que modifican
sus propiedades.
•Permite un amplio rango de potencias desde mW a kW y de energías pulsadas desde PJ a J.
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Características de la radiación láser
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Características de la radiación láser
Interacción con diferentes materiales: Absorción
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
Almacenamiento y lectura de datosAlmacenamiento y lectura de datos
INDUSTRIALESINDUSTRIALES
TELECOMUNICACIONESTELECOMUNICACIONESTELECOMUNICACIONES
METROLOGÍAMETROLOGMETROLOGÍÍAA
TaladradoTaladrado TempleTemple
APLICACIONESDEL LÁSER
APLICACIONESAPLICACIONESDEL LDEL LÁÁSERSER
MEDICINAMEDICINAMEDICINA
ARTES GRÁFICAS
ARTES ARTES GRGRÁÁFICASFICAS
CARAC.MATERIALES
CARAC.CARAC.MATERIALESMATERIALES
Comunicaciones por fibra ópticaComunicaciones por fibra óptica
Sistemas de impresiónSistemas de impresión
HolografíaHolografía
Ablación de tejidosAblación de tejidos
Soldadura de tejidosSoldadura de tejidos
Corte de tejidosCorte de tejidos
Medida de velocidadesMedida de velocidades
NivelaciónNivelación
EspectroscopiaEspectroscopia
Medida de distanciasMedida de distancias
Microscopia confocalMicroscopia confocal
Tamaño de partículasTamaño de partículas
Procesos especialesProcesos especiales
MarcadoMarcado
SoldaduraSoldadura
CorteCorte
Tratamientos superficialesTratamientos superficiales
EstereolitografíasEstereolitografías
LimpiezaLimpieza
Sinterizado láserSinterizado láser
FusiónFusión
AleaciónAleación
PlaqueadoPlaqueado
Almacenamiento y lectura de datosAlmacenamiento y lectura de datos
INDUSTRIALESINDUSTRIALES
TELECOMUNICACIONESTELECOMUNICACIONESTELECOMUNICACIONES
METROLOGÍAMETROLOGMETROLOGÍÍAA
TaladradoTaladrado TempleTemple
APLICACIONESDEL LÁSER
APLICACIONESAPLICACIONESDEL LDEL LÁÁSERSER
MEDICINAMEDICINAMEDICINA
ARTES GRÁFICAS
ARTES ARTES GRGRÁÁFICASFICAS
CARAC.MATERIALES
CARAC.CARAC.MATERIALESMATERIALES
Comunicaciones por fibra ópticaComunicaciones por fibra óptica
Sistemas de impresiónSistemas de impresión
HolografíaHolografía
Ablación de tejidosAblación de tejidos
Soldadura de tejidosSoldadura de tejidos
Corte de tejidosCorte de tejidos
Medida de velocidadesMedida de velocidades
NivelaciónNivelación
EspectroscopiaEspectroscopia
Medida de distanciasMedida de distancias
Microscopia confocalMicroscopia confocal
Tamaño de partículasTamaño de partículas
Procesos especialesProcesos especiales
MarcadoMarcado
SoldaduraSoldadura
CorteCorte
Tratamientos superficialesTratamientos superficiales
EstereolitografíasEstereolitografías
LimpiezaLimpieza
Sinterizado láserSinterizado láser
FusiónFusión
AleaciónAleación
PlaqueadoPlaqueado
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Substrato
RecubrimientoLáser Zona aleada
Láser: Focaliza una elevada energía en una región pequeña, suficiente como para fundir la
capa e incluso una pequeña parte del material base para lograr una elevada unión entre capa y
substrato
Recubrimientos superficiales con láser
Fusión con láser de materiales predepositados
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
La fusión superficial con láser de recubrimientos realizados por proyección térmica podría
considerarse como una forma de predepositar el material de recubrimiento
Recubrimientos superficiales con láser
Fusión con láser de materiales predepositados
DesventajasAlta porosidad
Poca adherencia
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• Potencia
• Diámetro del haz
• Velocidad de procesado
Densidad de potencia (W/cm2): D = Pot/π(d/2)2
Densidad de energía (J/cm2): E = Pot/(d•V)
Tiempo de interacción (s)
Substrato
Punto focal
Haz láser
Dirección de avance del
haz
Recubrimiento refundido
Recubrimiento predepositado
Substrato
Punto focal
Haz láser
Dirección de avance del
haz
Recubrimiento refundido
Recubrimiento predepositado
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Fusión con láser de materiales predepositados
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
• Reducción de porosidad. Sellado de recubrimientos.• Unión metalúrgica con el substrato•Mejor resistencia a la corrosión
Substrato
Recubrimiento Zona refundida
Características geométricas� a: ancho � p: profundidad� p*:penetración
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Fusión con láser de materiales predepositados
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APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
Se inyecta el material en forma de polvo sobre la superficie de un substrato que está siendo irradiado por un haz láser. La fusión del polvo y de una mínima parte del substrato crea el depósito.
Capas uniformes mediante solapamiento de distintos cordones
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
• Potencia• Diámetro del haz• Velocidad de procesado• Caudal de polvo
Densidad de polvo (g/cm2) = Caudal/V •d
Gramos sobre el spot = Den. Polvo •π(d/2)2
Energía por masa de polvo aportada (J/g): Em= E/ Den. polvo
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
• Alineamiento poco preciso del polvo y el haz• Difícil control del tiempo de recorrido de partículas bajo el haz• La inyección de polvo no tiene simetría con respecto al haz y le afecta la dirección de desplazamiento.• Baja eficacia en el aprovechamiento del polvo
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Inyección lateral de polvo
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Proceso muy sensible al cambio de dirección.Mejores resultados inyectando por delante del haz respecto al sentido de desplazamiento.
Mejor eficacia inyectando retrasado respecto al haz láser.
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Inyección lateral de polvo
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PIEZA BASE
FLUJO DE POLVO Y GAS
MATERIAL DEPOSITADO
GAS DE PROTECCIÓN
CANALES INTERNOS PARA POLVO
BOQUILLA COAXIAL
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Inyección coaxial
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
• Alineación precisa del polvo y el haz• Omnidireccional• Alta eficacia en el aprovechamiento del polvo
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Inyección coaxial
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
a
l
hshc
Características geométricas• Altura del cordón (hc).• Penetración (hs).• Ancho del cordón (a).• Altura total del cordón (hs+hc).• zona térmicamente afectada (ZAT) (l).• Dilución, (hs/(hs+hc)*100)
• Capas con mínima dilución• Capas libres de poros y grietas• Mantener dureza del substrato y valores del recubrimiento aceptables• Solapamiento uniforme entre cordones
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
x
a
x
a
Solapamiento:� a = ancho cordón� x = distancia solape � G = grado de solapamiento
Objetivo� Capas suaves y onduladas (fácil rectificado)
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
X= (1-G) a
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APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Protección anti-corrosión y anti-desgaste
EJESCABEZAS DE PISTON
ALABES DE TURBINAS
VALVULAS DE MOTOR
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Reparación y restauración de componentes
MOLDES Y MATRICES
CUCHILLAS CIGÜEÑALES ENGRANAJES
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Recubrimientos superficiales con láser
Plaqueado superficial por láser (laser cladding)
Rapid manufacturing
INNOVACIÓN EN RECUBRIMIENTOS
Jornada Técnica:PROYECCIÓN TÉRMICA
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
INNOVACIONES EN RECUBRIMIENTOS
MULTICAPA
Recubrimientos multicapa
Se busca aprovechar la características de cada uno de la capas (por ejemplo barrera térmica en el interior y resistencia al desgaste en el exterior
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
INNOVACIONES EN RECUBRIMIENTOS
GRADUAL
Recubrimientos graduales
Recubrimiento de aluminio reforzado en la zona superior con alúmina.
La composición del recubrimiento no es homogénea. Algunos compuesto cambian suconcentración a medida que se penetra en la capa
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
X
U
INNOVACIONES EN RECUBRIMIENTOS
Modificaciones del régimen de lubricación
La porosidad de los recubrimientos realizados por proyección térmica favorece la lubricación en condiciones desfavorables
Refusión parcial láser (Mallado láser
Proyección Térmica11-11-2010 Gijón
APLICACIONES TRIBOLÓGICAS DEL LÁSER
Modificaciones del régimen de lubricación
Texturizado láser sobre recubrimientos relazados por láser cladding
I + D + i
Rubén González RodríguezDpto. de Ciencia y Tecnología NáuticaUniversidad de Oviedo