Revista Colombiana de Materiales

PROYECCIÓN TÉRMICA: UNA TECNOLOGÍA CON MÁS DE 100 AÑOS QUE HA ALCANZADO UN GRAN IMPACTO GLOBAL EN EL MEJORAMIENTO DE SUPERFICIES, PERO CON POCO DESARROLLO EN COLOMBIA

Fabio Vargas Galvis — 2022-12-01

Este editorial presenta una visión general de la proyección térmica, su invención, los principales desarrollos de esta técnología, el mercado global de los recubrimientos elaborados con ella y su aplicación en Colombia.

AGLOMERATION OF Al2O3 NANOMETRIC AND SUBMICROMETRIC PARTICLES BY SPRAY DRYING FOR THEIR USE AS FEEDSTOCK IN THERMAL SPRAYING COATINGS

Edwin Cadavid — 2022-12-01

This study focuses on optimizing the parameters of the spray-drying process for the agglomeration of both nanometric and submicrometric Al₂O₃ particles for their use as feedstock to manufacture thermally sprayed coatings. Initially, for an aqueous suspension with submicrometric alumina particles, d₁₀ = 0.8 to d₉₀ = 2.0 µm, named SA, was evaluated the effect of: i) The solids percentage in the aqueous suspension, ii) the feed flow rate and iii) the hot air rate used to evaporate the water in the suspension, on the agglomeration efficiency and the morphology of agglomerated obtained, utilizing a factorial experimental design with three factors and two levels. The agglomeration efficiency was calculated as the ratio between the weight percentage of granulated particles and the weight of solids in the sprayed slurry, while the morphology was analyzed by scanning electron spectroscopy SEM. The agglomeration results for the SA suspension indicate that the highest efficiency was achieved with a solid percentage in an aqueous suspension of 30 wt. % (10 vol.%), a feed rate of 3.1 ml/min and a hot air rate of 5.5 m³/min at a temperature of 220 °C, obtaining spherical agglomerates. Nevertheless, different morphologies of agglomerate were obtained based on the others experimental runs, such as hollow spheres. Subsequently, these parameters were replicated for a suspension of alumina nanoparticles, d₅₀=80 nm, called NA, to obtain granules with a spherical morphology, composed of primary and secondary agglomerates whose size distributions correspond to d₁₀ = 5 to d₉₀ = 11 µm and d₁₀ = 30 to d₉₀ = 44 µm, respectively, with a total granulation efficiency of 80%, of which, 90% have a suitable range size to be used as raw material in the production of coatings by means of thermal spraying.

AGLOMERACIÓN Y SINTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE 3-YSZ PARA SU USO COMO MATERIA PRIMA EN RECUBRIMIENTOS POR PROYECCIÓN TÉRMICA

Leidy Estefania Silva Torres — 2022-12-01

El presente trabajo muestra el proceso de aglomeración de nanopartículas de circona estabilizada con itria 3% molar (3-YSZ) para su uso potencial como materia prima en recubrimientos por proyección térmica, empleando tres aglutinantes acuosos: i) PVA 2,3 % en peso (alcohol polivinílico de tipo comercial), ii) PVA 3 % en peso (grado reactivo, 99+% hidrolizado) y iii) Maltodextrina 37 % en peso (grado farmacéutico) mediante el proceso de peletización en tambor rotatorio y su posterior sinterización mediante la técnica de proyección térmica por llama oxiacetilénica. Las soluciones acuosas fueron preparadas teniendo en cuenta una viscosidad de 20cSt y la humectabilidad para cada ligante se determinó a partir del ángulo de contacto entre cada uno de los aglomerantes acuosos y un pellet de 10 mm de diámetro y 6 mm de espesor fabricado a partir de nanopartículas compactadas. El rendimiento del proceso de aglomeración se estableció a partir del porcentaje de gránulos con tamaño de partícula entre 25 µm y 75 µm (correspondiente a la fracción de tamiz -200 +500), respecto a las nanopartículas alimentadas al aglomerador. Los resultados indican que el rendimiento obtenido por la granulación utilizando como aglutinante la solución de maltodextrina al 37 % en peso es ligeramente inferior a los obtenidos para las dos soluciones de PVA. No obstante, los rendimientos obtenidos por las granulaciones realizadas con las soluciones acuosas de PVA siguen siendo bajos, por lo que es necesario aumentar el rendimiento del proceso de aglomeración con estos aglomerantes. Teniendo en cuenta los resultados de la aglomeración, se sinterizaron los aglomerados obtenidos a partir de PVA comercial con un tamaño menor a 25µm haciendo uso de una llama neutra y oxidante. Los resultados indican que la llama neutra permite la sinterización de los aglomerados mas no la esferoidización a diferencia de la llama oxidante.

ARTÍCULO INDUSTRIAL: APLICACIONES DE PROYECCIÓN TÉRMICA: RECUBRIMIENTO HVOF SOBRE COMPONENTE DE GENERACIÓN HIDRÁULICA DE ENERGÍA Y RECUBRIMIENTO POR ARCO ELÉCTRICO SOBRE ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA

CARLO ANDRES ZUÑIGA GAÑAN — 2023-09-01

En el presente trabajo se muestran los resultados correspondientes a la elaboración de recubrimientos mediante proyección térmica, haciendo uso del proceso de oxígeno-combustible a alta velocidad y de arco eléctrico sobre una aguja de inyección de turbinas Pelton y tubos de calderas respectivamente. Para la obtención de los recubrimientos sobre agujas de turbinas Pelton se empleó como material de proyección carburo de tungsteno de referencia TAS 340 T con una tasa de deposición de 2,7 kg/hora a 15 cm del sustrato correspondiente a un acero inoxidable martensítico. Para los recubrimientos elaborados mediante proyección térmica por arco eléctrico se hizo uso de un alambre tubular de referencia comercial PMET 292 correspondiente a una aleación Fe-Cr depositado sobre tubos de caldera ASTM A192 grado B7 a una tasa de alimentación de 9,9 kg/hora. Mediante la técnica de oxígeno-combustible a alta velocidad se obtuvo un recubrimiento denso y fuertemente adherido al sustrato el cual posee una microestructura fina y homogénea, aumentando la vida útil de la aguja de inyección en turbina Pelton en 11 meses. Por otra parte, el recubrimiento elaborado mediante el proceso de proyección por arco eléctrico obtuvo una rugosidad media aritmética final Ra entre 1,5 y 2,5 µm y una dureza entre 60 y 65 Rc y después de inspecciones año tras año se pudo garantizar una vida útil de los tubos de caldera de por lo menos 5 años. Los resultados obtenidos indican que los recubrimientos depositados mediante oxígeno-combustible a alta velocidad pueden contribuir a la eficiencia en la transformación de energía hidráulica en energía eléctrica, mientras que los recubrimientos elaborados por proyección por arco eléctrico sobre los tubos de caldera pueden ayudar a la eficiencia en la transformación de energía térmica en energía eléctrica.

MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD ESTRUCTURAL DE RECUBRIMIENTOS DE NiCrBSiFe ELABORADOS MEDIANTE PROYECCIÓN TÉRMICA OXIACETILÉNICA A PARTIR DEL CONTROL DE LAS PRINCIPALES VARIABLES DEL PROCESO

Edward Ferney Restrepo Hoyos — 2022-12-01

En este trabajo se estudió el efecto del tipo de llama oxiacetilénica, del flujo de polvo proyectado y de la velocidad relativa entre la antorcha y los sustratos, sobre la calidad estructural de recubrimientos de NiCrBSiFe, depositados sobre acero al boro, utilizando una antorcha Eutectic-Castolin Castodyn 8000TM. Los resultados dan cuenta de la importancia del control del flujo de polvo proyectado como principal variable del proceso, así como de la contribución de la baja velocidad relativa entre la antorcha y el sustrato, para elaboración de recubrimientos con una estructura compacta.

ARTÍCULO INDUSTRIAL: PROYECCIÓN EN FRÍO A BAJA PRESIÓN DE RECUBRIMIENTOS CUMPUESTOS DE CARBURO DE TUNGSTENO

Julio Cesar Villafuerte Vera — 2022-12-01

La proyección en frio (cold spray) ofrece ventajas como la portabilidad y bajo costo operativo, además, a diferencia de los procesos tradicionales de proyección térmica, no existen efectos térmicos sobre el sustrato ni sobre las partículas proyectadas como oxidación, tensiones residuales y/o transformaciones metalúrgicas obteniendo así recubrimientos densos que exhiben una fuerza de unión excepcional, lo cual permite que la técnica pueda ser empleada en una gran variedad de aplicaciones. En el presente trabajo se evaluó la factibilidad de proyección en frío de polvos de carburo de tungsteno modificados superficialmente con aluminio mediante deposición química de vapor y con cobre mediante galvanizado, para compararlos con técnicas de mezclado convencional. Se obtuvo con éxito recubrimientos de cada una de las materias primas seleccionadas, demostrando que la modificación superficial es un medio eficaz para elaborar en frío materiales que de otro modo no podrían ser proyectados y se determinó que los depósitos fabricados a partir de partículas recubiertas se caracterizan por un alto porcentaje de fase de carburo retenida y bien dispersada y además por una baja porosidad y presentan valores de dureza más altos que los obtenidos por técnicas de mezclado tradicional.

ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS DE PROYECCIÓN TÉRMICA DE POLVOS CERÁMICOS, A PARTIR DE SIMULACIONES NUMÉRICAS

Juan Camilo Arango — 2022-12-01

La técnica de proyección térmica vía plasma APS (Atmospheric Plasma Spray) es un proceso altamente desarrollado y con gran cantidad de aplicaciones en la industria y debido a este desarrollo existen herramientas computaciones complementarias que permiten la predicción y modelación de esta clase de procesos. Durante este estudio fue utilizado el software “Jets et Poudres” para simular un proceso de proyección al realizar recubrimientos para barreras térmicas de Zirconia estabilizada con Itria (ZrO₂ – Y₂O₃ 8 wt.%) (YSZ) y a su vez se realizó la comparación con los resultados experimentales obtenidos mediante un sistema de sensores (Accuraspray G3C) y caracterizaciones microestructurales de los recubrimientos obtenidos en este proceso. Como resultado se lograron establecer con certeza los parámetros de entrada no directos del software (modelo de turbulencia, eficiencia térmica y tipo de barrera de aire) que permiten predecir el comportamiento de un proceso de proyección que se realice con una antorcha SinplexPro.