Tema Iii Termorrociado 576u5k

CENTRO DE ESTUDIOS DE CORROSION

TEMA III “LA TECNOLOGIA DE TERMORROCIADO UNA HERRAMIENTA UTIL Y VERSATIL EN LA INGENIERIA DE SUPERFICIE”

Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


Introducción

Conceptos básicos Aplicaciones del termorrociado

en Venezuela Proyectos

•INTRODUCCIÓN


El deterioro progresivo de las superficies metálicas, debido a los fenómenos de CORROSIÓN Y DESGASTE

conlleva a una drástica reducción de la eficiencia operativa de la pieza y, en el peor de los casos, a su ruptura definitiva.

ALTERNATIVA : RECUBRIMIENTOS TERMORROCIADOS Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

TERMORROCIADO


Término genérico que agrupa UN GRUPO DE PROCESOS en los cuales el material metálico o no metálico generalmente en forma de polvos o alambres son alimentados a una pistola donde son acelerados y calentados por una corriente de gas y proyectados al sustrato donde al impactar en estado fundido o simifundido se esparcen y forman un recubrimiento (Irons, 2007)

Alambres


Principio de la Técnica de TERMORROCIADO


El material a proyectar (en forma de polvo o varilla), es fundido mediante una energía obtenida a partir de la combustión de gases, de un arco voltaico o de una recombinación de gases plasmógenos, según el procedimiento empleado.


VIDEO TERMORROCIADO 1

TERMORROCIADO


El material fundido es proyectado seguidamente sobre la pieza a recubrir en estado plástico con una alta energía cinética y térmica, que ceden a la misma, provocando la unión con una fuerza que va a depender de:  Procedimiento empleado,

 Parámetros utilizados,  Material de aportación,  Material del sustrato

 Preparación del sustrato  Temperatura antes, durante y después de la proyección.



VENTAJAS DE LOS RECUBRIMIENTOS TERMORROCIADOS  Mejora el desempeño de partes y componentes de maquinarias por la combinación de materiales base, no costosos, con recubrimientos adecuados  Baja en los costos

 Amplia variedad de materiales: metales, carburos, cerámicas , plásticos.

 Durezas controlables desde recubrimientos muy blandos como el estaño 120-180 HV300 hasta muy duros como carburo de tungsteno(1200-1500 HV300) Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


VENTAJAS DE LOS RECUBRIMIENTOS TERMORROCIADOS Proceso de deposición en “frío”, la pieza no alcanza 250ºC



No

habrá

problemas

de

deformación,

esfuerzos y cambios metalúrgicos que puedan llevar a la rotura de la pieza.

 Espesores mínimos (0.05 mm)

hasta gruesos

(5mm).

 Realizar recubrimientos en sitio.

 Recuperación de maquinaria y partes componentes sometidas a desgaste y corrosión Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

VIDEO TERMORROCIADO Ricardo metalizando su mano un proceso frio


Piñón



) Enlace Mecánico: Partícula asume topografía superficial enclavamiento mecánico. Enlace Metalúrgico:  flujo de calor difusión y microsoldadura  zona de interdifusión. Enlace Físico: Fuerzas Van Der Walls. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


 Los recubrimientos termorrociados pueden virtualmente aplicarse en casi cualquier tipo de material: metales, cerámicas, vidrios, polímeros, materiales compuestos, etc.  La característica esencial de un sustrato es que debe presentar cierta rugosidad, de forma tal que el recubrimiento pueda adherirse de forma adecuada.  El enlace entre el sustrato y el recubrimiento puede ser mecánico, químico, metalúrgico o una combinación de estos. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

CARACTERÍSTICAS DE LOS RECUBRIMIENTOS Poros Partículas no fundidas oxido

CARACTERÍSTICAS DE LOS RECUBRIMIENTOS 1.

POROSIDAD aspecto crítico variar desde 1% hasta 20% .

puede

2.

LAS PARTÍCULAS NO FUNDIDAS, no llegaron a la temperatura de fusión y fueron incorporadas al recubrimiento, ella interrumpe la continuidad del mismo y disminuye su fuerza cohesiva.

3.

OXIDOS. Cuando se rocían metales o aleaciones, las partículas antes de impactan están en o con la atmosfera y parte de ellas se oxidan y aparecen en el recubrimiento. Esto no siempre es malo, inclusive, un alto porcentaje de óxidos en el recubrimiento puede mejorar la dureza y resistencia.


Deben fundirse o llegas a estado pastoso sin degradarse, es decir no deben descomponerse térmicamente, sublimarse o reaccionar con los gases del proceso. .

Los materiales deben estar disponibles como polvos y/oAlambres de características apropiadas, tales como tamaño de grano, distribución y forma FOTOMICROGRAFIA POR MEB . 800X del grano. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

DE

POLVOS


Metales puros : Al, Cr, Ni, Mo

· Cermets:

Aleaciones • Ni-Cr, Pb- Sn, Ni-Al, Co-MoCr, Ni-Cr-Al, MCrAlY(M =Co,Ni,Fe), •Co-Cr-Ni-W, Co-Mo-Ni-Si, •Cu-Sn-An, Co-Cr-W-Ni-V, NiCrSiBFe. Ceramicas : Boruros : TiB2 ZrB2. Carburos : TiC Nitruros : TiN, ZrN, TaN Oxidos : Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2 .

- Metales+ carburos: Cr3C2- NiCr, WC-Co. - Oxidos + Metal : Al2O3- NiAl, Cr2O3 - NiAl, CoCrTaAlYC- Al2O3, CoCrWNiVC- Cr2O3. Otros : plásticos: poliester, Naylon , Teflon AlSi- poliester Ni+Grafito+Naylon


VIDEO TERMORROCIADO recuperación de un cilindro de laminación


La calidad del recubrimiento estará críticamente influenciada por LA VELOCIDAD Y TEMPERATURA de la partícula al impactar el sustrato

 TEMPERATURA DE LA PARTÍCULA gobernada por la transferencia de calor entre el gas y las partículas  fundidas o “ablandadas” antes de impactar el sustrato Porosidad.  Las partículas inyectadas son aceleradas en la corriente de gas, Vp   RECUBRIMIENTOS MÁS DENSOS Y ADHERENTES. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

Parámetros Importantes del proceso de termorrociado LA VELOCIDAD DE PARTÍCULA para los distintos procesos, en orden decreciente es: (HVOF), plasma, arco por alambre y rociado por llama.

LA TEMPERATURA es gobernada por la transferencia de calor entre el gas y las partículas fundidas o “ablandadas” antes de impactar el sustrato.

Parámetros Importantes del proceso de termorrociado LAS PROPIEDADES DEL RECUBRIMIENTO, dependen del material de alimentación, del proceso de Termorrociado, de los parámetros de aplicación y del postratamiento del recubrimiento.

Parámetros secundarios (sustrato)


Tipo, tamaño, flujo de polvos a rociar

Microestructura (fases presentes)

Tipo, flujo, presión, relación oxígeno/combustible

Porosidad

Tipo, flujo, presión del gas de transporte

Resistencia a la corrosión

Tipo y dimensión de la boquilla

Dureza

Presión de la cámara

Proceso de Rociado

Distancia de rociado

Resistencia a la Adhesión Rugosidad superficial

Condiciones de enfriamiento y precalentamiento Velocidad de rotación de la pieza Velocidad de deplazamiento de la pistola

Espesor del recubrimiento Condición de esfuerzos residuales Desgaste, Ductilidad

Preparación superficial Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

Propiedades del Recubrimiento

Parámetros primarios (pistola)

PARAMETROS-HVOF

Tipos de Termorrociado


La tecnología de recubrimiento por Termorrociado puede dividirse, de acuerdo al tipo de proceso de calentamiento involucrado, de la siguiente manera: 1. Procesos de Rociado Térmico por Electricidad: • Plasma. •Arco Eléctrico. 2. Procesos de Rociado Térmico por Combustión: • Hipersónico HVOF (High Velocity Oxy-Fuel). • Llama.




La tecnología de recubrimiento por Termorrociado puede dividirse, de acuerdo al tipo de proceso involucrado, de la siguiente manera: 1. Procesos de Rociado Térmico por Electricidad: • Arco Eléctrico. • Plasma. 2. Procesos de Rociado Térmico por Combustión: • Hipersónico HVOF (High Velocity Oxy-Fuel). • Llama. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


1. PROCESO DE ROCIADO POR PLASMA Utiliza como fuente de calor energía eléctrica, se fundamenta en hacer pasar un gas, usualmente argón, a través de un cátodo de tungsteno y un ánodo de cobre. El arco eléctrico ioniza el gas generando un flujo de plasma gaseoso con muy altas temperaturas que actúa como la fuente de calor y velocidad, el polvo se introduce dentro del plasma se funde y es impulsado hacia el sustrato .



1. PROCESO DE ROCIADO POR PLASMA



VIDEO TERMORROCIADO POR PLASMA y OTROS



VENTAJAS DEL ROCIADO POR PLASMA Anclaje optimo al metal base Baja porosidad, altas velocidades y temperatura de la partícula Resistencia a la erosión y a la oxidación. Se pueden Rociar materiales con alto punto de fusión tales como cerámicas y metales refractarios o cualquier combinación de estos materiales por la alta temperatura de partícula

Cuando el termorrociado se realiza en condiciones inertes, mejor distribución de temperatura lo que genera un menor contenido de óxido y mayor densidad en el recubrimiento y de una mejor calidad en comparación con procesos equivalentes por combustión Prof.sustrato. Dra. Linda Gil. UNEXPO poco calentamiento del


TERMORROCIADO ARCO ELECTRICO Usa como fuente de calentamiento energía eléctrica para generar la energía térmica necesaria para fundir los materiales. Utiliza dos barras de metal como alimentación que actúan como electrodos que son continuamente consumidos mientras se funden debido al arco eléctrico presente entre ellos.



TERMORROCIADO ARCO ELECTRICO Las dos barras deben estar cargadas eléctricamente, una negativa y otra positiva y dispuestas de tal forma que el ángulo entre ellas se reduzca gradualmente. Una diferencia de potencial entre 15 y 50 voltios es aplicada y el calor que se genera funde las puntas de las barras y el gas atomizante(Aire C, N2,Ag) proyecta las gotas hacia el substrato. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


VIDEO TERMORROCIADO POR ARCO ELECTRICO



VENTAJAS TERMORROCIADO ARCO ELECTRICO  La combinación de las altas temperaturas del arco (6000K) y las altas velocidades de las partículas (100m/seg) producen recubrimientos con mayor fuerza de enlace y menor porosidad que el rociado por llama.  Bajos costos de operación.  Fácil uso y multitud de nuevos alambres.

Tiene aplicaciones tan variadas como recubrimientos de grandes estructuras como puentes, postes de luz, etc, y de componentes electrónicos




1. Procesos de Rociado Térmico por Electricidad: • Arco Eléctrico. • Plasma. 2. Procesos de Rociado Térmico por Combustión: • Hipersónico HVOF (High Velocity Oxy-Fuel). • Llama.



TERMORROCIADO POR COMBUSTION • Emplea como fuente de calor la combustión que se produce entre la mezcla de un gas combustible y oxigeno. Las pistolas de combustión están disponibles para rociar materiales en forma de barras, alambres o polvos. En el caso de los polvos, estos son introducidos a la tobera de la pistola, calentados y arrastrados por la corriente de aire hacia el substrato a altas velocidades. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


TERMORROCIADO POR COMBUSTION

EL MATERIAL es alimentado continuamente hacia la pistola donde es fundido en una llama de combustible gaseoso y propulsado hacia el substrato en una corriente de gas atomizante. Usa material que no sublime y que no funda a temperaturas menores de 2760 °C; metales, cerámicos o aleaciones alambre o polvo .  Los gases : acetileno, metilacetileno-propadine estabilizado, propano, hidrogeno o gas natural.


VIDEO TERMORROCIADO ALAMBRE


TERMORROCIADO POR LLAMA • En este proceso la velocidad de la partícula es inferior a la velocidad del sonido lo que lleva a este proceso a ser el mas simple y versátil de todos. • La ventaja principal es la de poder procesar fácilmente el material de alimentación en forma de polvo, lo cual ofrece una opción en la producción de capas de distintos materiales con bajo costo.




1. Procesos de Rociado Térmico por Electricidad: • Arco Eléctrico. • Plasma. 2. Procesos de Rociado Térmico por Combustión: • Llama. •Hipersónico HVOF (High Velocity Oxy-Fuel).


Termorrociado por llama


VENTAJAS

•Buena resistencia al desgaste abrasivo y adhesivo. • Posibilidad de obtener espesores elevados • Utiliza materiales en polvo, varilla y alambre • Pueden realizarse aplicaciones en situ. • Relativa facilidad de operación y menor costo de inversión para equipamiento.

DESVENTAJAS

• Bajas velocidades de deposición y bajas temperaturas de trabajo.

•Porosidad bastante elevada Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


PROCESO DE ROCIADO POR HVOF

Fuente de Calor → Combustión entre la mezcla de combustible liquido y oxigeno. Polvos. Son introducidos a la tobera de la pistola convergente-divergente y son calentados y arrastrados por la corriente de gases hacia el sustrato a altas velocidades.

Modelo JP - 5000 Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


PROCESO DE ROCIADO POR HVOF El proceso COMBINA FUSIÓN E IMPACTO sobre un sustrato previamente preparado, la calidad del recubrimiento es superior principalmente como resultado de LAS ALTAS VELOCIDADES alcanzadas por las partículas (1200-1500m/seg).


VIDEO TERMORROCIADO HIPERSONICO VENEQUIP

VIDEO TERMORROCIADO HIPERSONICO


La calidad del recubrimiento estará críticamente influenciada por LA VELOCIDAD Y TEMPERATURA de la partícula al impactar el sustrato

 TEMPERATURA DE LA PARTÍCULA gobernada por la transferencia de calor entre el gas y las partículas  fundidas o “ablandadas” antes de impactar el sustrato.  Las partículas inyectadas son aceleradas en la corriente de gas, Vp   RECUBRIMIENTOS MÁS DENSOS Y ADHERENTES. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


 La Velocidad partícula, mejora adhesión, dureza, densidad, resistencia al desgaste y maquinabilidad

HVOF MAXIMIZA ESTA TENDENCIA Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


VENTAJAS DE TERMORROCIADO HVOF ALTA VELOCIDAD

Tiempo más corto de exposición de partículas Calentamiento de la partícula más uniforme y eficiente. Densidad mayor (porosidad más baja) porque la energía de impacto es más alta debido a las velocidades alcanzadas por las partículas

Adherencia

más alta y mayor fuerza cohesiva porque mejora la unión entre las partículas

Volumen

del óxido más bajo por el menor tiempo de exposición con el aire.

Mayor

retención de las propiedades químicas del polvo y sus fases debido al tiempo reducido de exposición a altas temperaturas. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


Comparación entre Procesos PROCESO

CombustionLLama High Velocity Oxy-Fuel

Arco Eléctrico Plasma

Temperatura º C

3000

3000

Velocid/s 40 -

100

400 - 800

Características

Porosidad y oxidación

Denso, Buena adhesión,esfuerzos de compresión

3000 - 6000

50 -

150

Denso, Grueso

5000 - 25,000

80 -

300

Ceramicas porosas



Comparación entre Procesos TIPO DE SISTEMA DE TERMORROCIADO Atributo

Llama

HVOF

D-Gun

Alambre-Arco

Plasma en aire

Plasma vacío

al

Flujo T del jet (°K) V m/s Caudal scfh

3500 50-100 100-200

3500 500-1200 400-1100

5500 >1000 N/A

>25000 50-100 500-3000

15000 300-1000 100-200

12000 200-600 150-250

Gas

O2-acet

O2 CH4

O2-acet

Aire, N2, Ar

Ar, He, H2

Ar, He, H2

20

150-300

N/A

2-5

40-200

40-120

2500 50-100

3000 250-1000

N/A N/A

>3800 50-100

>3800 200-800

>3800 20-50

30-50

15-50

N/A

150-2000

50-150

20-50

85-90 7-18 Altos

>95 68 Moderado

>95 82 Pocos

80-95 10-40 Mod-Altos

90-95 >68 Moderado

90-99 >68 Ninguno

Potencial (KW)

Partícula T (°K) V m/S Alimentación g/min

Depósito Densidad senlace (MPa) Óxidos


APLICACIONES DE LOS RECUBRIMIENTOS

MANUFACTURA

MANTENIMIENTO


En la MANUFACTURA DE COMPONENTES ORIGINALES de equipos en la industria siderúrgica, hidroeléctrica, aeroespacial, marina, automotriz, petrolera.

Para RESTAURACIÓN DIMENSIONAL revestir estructuras y partes de equipos sometidas a condiciones de trabajo que generen corrosión y desgaste. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


Revestimientos Especiales: Aislantes, Conductores. Antifricción Sellos Turbinas de gas, Cámaras de Combustión :

- Protección corrosión/oxidación NiCr,NiAl, MCrAlY, Hastelloy, Stellite.

-Barreras Térmicas: Mo,Ta,W,Ta y Al203+TiO2, ZrO2(Y2O3,CeO,MgO) Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


Reconstrucción Dimensional y restauración de Comp. de Maquinas

Recubrimientos Antidesgaste:

matriz metálica y/ o cerámicas+(Carburosoxidos): WC- Co, Cr2O3-NiCr, (Al203+TiO2, Cr2O3) Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

Aplicaciones tipos de industria


• Industria Petrolera: bombas, recipientes, válvulas, impelentes de Bombas, Embolos de bombas de subsuelo . • Industria aeronautica: Camaras de Combustión de motores de jet, compresores, alabes de turbinas, sellos antidesgaste. •Estructuras de puentes, componentes de maquinaria textil. • Industria Automotriz : Recubrimientos de anillos de pistones ,casa de compresores de turbocargadores Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


Aplicaciones-Industria •Puentes , Moldes de Bloques, Mezcladoras de cemento,

•Compresores , Bombas , Válvulas,

•Recipientes y Tanques

•Cosechadoras, •Sembradoras

•Tonillos de extrusión

Válvulas, bombas tanto para la industria metalúrgica, y del gas, industria del vidrio-(moldes) y del papel ( rodillos). Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

VIDEO TERMORROCIADO PLACAS DE ZINC RECUBRIMIENTOS DE TANQUES http://www.proymet.com/index.swf


Hidroxiapatita (Fosfatos de Calcio) Ti- 6Al-4Va, Inoxidable 316S, Cr-Co,



APLICACIONES DEL TERMORROCIADO EN VENEZUELA INDUSTRIA PETROLERA

•Recubrimientos contra la Corrosión y el Desgaste( WC12%Co y NiWCrBSi); Émbolos de Bombas de subsuelo y Válvulas controladoras de Fluido (Cónicas y Esféricas). •Reconstrucción de Cilindros de Compresores, cigüeñales, pistones (Acero Inoxidable) y Cojinetes de Maquinas (metal Antifricción BABBIT, metal base al Zinc (Zn) + Antimonio (Sb) + Cobre (Cu).).






INDUSTRIA GRÁFICA RODILLO DE CALANDRIA UV


PROBLEMA: Desgaste abrasivo y por corrosión por el papel que es revestido por una película plástica transparente durante el proceso UV.

Deben poseer una superficie con excelente acabado superficial (pulida), de alta resistencia al desgaste y a la corrosión, ya que cualquier defecto superficial se traduce en un defecto en el producto terminado. SOLUCIÓN: La COLMONOY 88

aplicación

de


un

recubrimiento


Industria Metalúrgica - Minera

MANGAS DE BOMBAS PROBLEMA: En la producción de alumina es necesario bombear grandes volúmenes de fluidos de alta viscosidad y con gran contenido de sólidos (slurry) altamente abrasivo y corrosivo.

SOLUCIÓN: Recubrimiento de NiWCrBSi (Colmonoy HVOF) con excelentes características de resistencia al desgaste abrasivo y a la corrosión sobre aceros nacionales. Las camisas fabricadas con esta tecnología superan ampliamente la vida de aquellas producidas con súper aleaciones importadas a fracciones de los costos de las mismas. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


INDUSTRIA REFRIGERACIÓN AUTOMOTRIZ

DE Y

Reconstrucción de Cigueñales de Compresores y Motores ( Aceros Inoxidables y aceros al Molibdeno)

INDUSTRIA HIDRAULICA Y BOMBAS Impelentes y cuerpos (NiCrBSi y WC-12 %Co) Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO


INDUSTRIA CERVECERA: Cilindros de órganos de elevación de maquinas llenadoras de cerveza (Acero Inoxid en sustitución de cromo duro)

INDUSTRIA ALFARERA: Tacos Extrusores (desgaste abrasivo WC -12% Co )

INDUSTRIA ELECTRICA Alabes de Turbinas de Gas (WC12%Co) Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

EJEMPLOS DE APLICACIONES • RECUBRIMIENTO CERÁMICO PARA ROTOR DE BOMBAS DE TORNILLO

CARBUROS DE TUNGSTENO EN LA INDUSTRIA DE VALVULAS

• INOXIDABLES, CERAMICAS O CARBUROS PARA COMPRESORES DE AIRE O DE PROCESO

• PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS INDUSTRIALES POR MEDIO DE RECUBRIMIENTO DE METALES COMO ALUMINIO O ZINC

• INOXIDABLES, CERAMICA O CARBUROS PARA BOMBAS CENTRIFUGAS

TIPOS DE PISTOLAS

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