¿Qué es la pulverización térmica? - Tipos y aplicación

Hoy en día, los recubrimientos de rociado térmico se utilizan en varias industrias diferentes. Estos recubrimientos consisten en alambre y polvo fundido que se exponen a la combustión de plasma u oxicombustible. El fuego del dispositivo rociador alimentará la mezcla que se ha calentado y, una vez que se haya rociado sobre el metal, la mezcla conservará una capa firme.

Los recubrimientos de rociado térmico se utilizan en un amplio espectro de muchas aplicaciones útiles, que pueden incluir la protección de aviones, edificios y otras estructuras de temperaturas extremas, productos químicos o condiciones ambientales como la humedad y la lluvia. En este artículo hablaremos de qué es la pulverización térmica y cómo realizarla, así como su aplicación y beneficios.

¿Qué es el recubrimiento por pulverización térmica?

Las técnicas de rociado térmico son procesos de recubrimiento en los que los materiales fundidos (o calentados) se rocían sobre una superficie. La "materia prima" (precursor del recubrimiento) se calienta por medios eléctricos (plasma o arco) o químicos (llama de combustión).

La pulverización térmica puede proporcionar recubrimientos gruesos (el rango de espesor aproximado es de 20 micras a varios mm, según el proceso y la materia prima), sobre un área grande a una tasa de deposición alta en comparación con otros procesos de recubrimiento, como la galvanoplastia, la deposición física y química de vapor. .

Los materiales de revestimiento disponibles para la pulverización térmica incluyen metales, aleaciones, cerámicas, plásticos y compuestos. Se alimentan en forma de polvo o alambre, se calientan hasta un estado fundido o semifundido y se aceleran hacia los sustratos en forma de partículas del tamaño de un micrómetro.

La combustión o la descarga de arco eléctrico se suele utilizar como fuente de energía para la pulverización térmica. Los recubrimientos resultantes están hechos por la acumulación de numerosas partículas rociadas. Es posible que la superficie no se caliente de manera significativa, lo que permite el recubrimiento de sustancias inflamables.

La calidad del recubrimiento generalmente se evalúa midiendo su porosidad, contenido de óxido, macro y microdureza, fuerza de unión y rugosidad de la superficie. En general, la calidad del recubrimiento aumenta con el aumento de la velocidad de las partículas.

Además de las aplicaciones de equipo original, los revestimientos de rociado térmico se utilizan para reparar piezas desgastadas y dañadas en servicio y restaurar las dimensiones de las piezas mecanizadas. Los revestimientos de rociado térmico se utilizan para restaurar las dimensiones de los componentes que se han desgastado o corroído, como los rodillos de impresión y los rodamientos de tamaño insuficiente.

¿Cómo hacer la pulverización térmica?

La pulverización térmica es una categoría genérica de procesos de recubrimiento que aplican un consumible como una pulverización de gotas fundidas o semifundidas finamente divididas para producir un recubrimiento.

Se distingue por su capacidad para depositar recubrimientos de metales, cermet, cerámicas y polímeros en capas de espesor sustancial, normalmente de 0,1 a 10 mm, para aplicaciones de ingeniería. Se puede depositar casi cualquier material siempre que se funda o se vuelva plástico durante la operación de rociado. En la superficie del sustrato, las partículas forman "salpicaduras" o "plaquetas" que se entrelazan y se acumulan para formar el recubrimiento.

El depósito no se fusiona con el sustrato ni tiene que formar una solución sólida para lograr una unión. Esta es una característica importante de la pulverización térmica en comparación con muchos otros procesos de recubrimiento, en particular los procesos de recubrimiento por láser, soldadura fuerte y soldadura por arco.

La unión entre un revestimiento rociado térmicamente y el sustrato es principalmente mecánica y no metalúrgica ni fundida. La adherencia al sustrato dependerá de la condición de la superficie del sustrato, que debe estar limpia y áspera mediante granallado o maquinado antes de rociar.

Los procesos de rociado térmico se han utilizado ampliamente durante muchos años en todos los principales sectores de la industria de la ingeniería para la protección y recuperación de componentes. Recientes desarrollos de equipos y procesos han mejorado la calidad y ampliado el rango de aplicación potencial para recubrimientos rociados térmicamente.

Tipos de procesos de recubrimiento por pulverización térmica

Se distinguen varias variaciones de la pulverización térmica:

• Rociado de plasma
• Pulverización por detonación
• Pulverización por arco de alambre
• Rociado de llama
• Pulverización de revestimiento con oxígeno y combustible de alta velocidad (HVOF)
• Combustible de aire de alta velocidad (HVAF)
• Pulverización en caliente
• Pulverización en frío
• Rociar y Fusible

En los procesos clásicos (desarrollados entre 1910 y 1920), pero aún ampliamente utilizados, como la pulverización con llama y la pulverización con arco de alambre, las velocidades de las partículas son generalmente bajas (<150 m/s) y las materias primas deben fundirse para depositarse.

La proyección de plasma, desarrollada en la década de 1970, utiliza un chorro de plasma de alta temperatura generado por descarga de arco con temperaturas típicas>15.000 K, lo que permite proyectar materiales refractarios como óxidos, molibdeno, etc.

Aquí discutimos los 5 procesos más comunes para generar recubrimientos de proyección térmica en detalle:

1. HVOF (rociado con oxicombustible a alta velocidad)

HVOF es un proceso que hace uso de una antorcha que permite que la llama se propague cada vez que se usa la boquilla. Esto crea una aceleración rápida que acelera las partículas en la mezcla. El resultado final es una capa excepcionalmente delgada que se aplica uniformemente. A pesar de ser delgado, este recubrimiento es fuerte y se adhiere bien. Su resistencia a la corrosión es mejor que la de los recubrimientos de plasma, pero no es muy adecuado para altas temperaturas.

2. Pulverización de llama de combustión

El rociado con llama de combustión es una excelente opción para superficies que no están diseñadas para manejar estrés extremo. El recubrimiento que resulta de este proceso no está fuertemente adherido a la superficie ya que el mecanismo de rociado funciona con una velocidad de llama más baja.

La llama se generará a través del oxígeno que se ha combinado con combustible, y esto derretirá la mezcla. La pulverización con llama de combustión es popular para aplicaciones de baja intensidad debido a su bajo costo.

3. Pulverización de plasma

La pulverización de plasma utiliza el soplete de plasma como herramienta principal para calentar y pulverizar el revestimiento. Una vez que el material en polvo se ha fundido, se coloca sobre el producto de una manera similar a la pulverización con llama de combustión.

Los revestimientos que resultan de la pulverización de plasma pueden tener un grosor de unos pocos micrómetros a unos pocos milímetros. Si bien el polvo es el material más utilizado, también se utilizan metales y cerámicas. El proceso de pulverización de plasma es muy popular debido a su adaptabilidad.

4. Pulverización de plasma al vacío

La pulverización de plasma al vacío se realiza en un entorno controlado pero utiliza bajas temperaturas. Esto mantiene el vacío al mismo tiempo que reduce el daño al material. Se puede utilizar una variedad de combinaciones de gases para obtener la presión necesaria para la pulverización.

La pulverización de plasma al vacío se utiliza para elementos como parachoques de automóviles, el salpicadero o las carcasas de los retrovisores exteriores. Este proceso también se puede utilizar para el pretratamiento de molduras de polietileno, lo que proporciona adherencia para adhesivos epoxi a base de agua.

5. Pulverización por arco eléctrico de dos hilos

Este método de rociado utiliza un punto de arco que se crea entre dos cables que son eléctricamente conductores. La fusión ocurrirá en el punto donde se conectan los cables. El arco permite el calentamiento que a su vez crea deposición y fusión, similar a la pulverización de llama de combustión que se usa con un soplete.

Se utilizará aire comprimido para rociar los recubrimientos. Este procedimiento es popular debido a su rentabilidad y, por lo general, utilizará aluminio o zinc como material base.

Ventajas de los recubrimientos por proyección térmica

Algunos de los beneficios de los recubrimientos por aspersión térmica incluyen los siguientes:

• Coste reducido. El costo de reparar el componente es menor que comprar uno nuevo. A menudo, el revestimiento dura más que el material original utilizado.
• Poco aporte de calor. Con pocas excepciones, el proceso de rociado térmico deja intacto el historial térmico del componente.
• Versatilidad. Casi cualquier metal, cerámica o plástico se puede rociar térmicamente.
• Rango de espesor. Según el material y el sistema de rociado, los revestimientos se pueden rociar desde 0,001 hasta más de 1 pulgada de espesor. El grosor suele oscilar entre 0,005 y 0,1 pulgadas.
• Velocidad de procesamiento. Las tasas de rociado oscilan entre 3 y 60 lb/h según el material y el sistema de rociado. Las tasas típicas para la aplicación de material son de 1/2 a 2 lb de material por pie cuadrado por 0,01 pulgadas de espesor.

Desventajas de los recubrimientos por aspersión térmica

• Disfraza el sustrato – dado que los recubrimientos por aspersión térmica son tan eficientes en muchos casos, es imposible saber de qué material está hecho el sustrato después del proceso de recubrimiento, a menos que se mantengan registros estrictos. Para obtener más información, comuníquese con Green Leaf Business Solutions aquí.
• No se puede evaluar con precisión la eficacia – una vez que se ha aplicado el recubrimiento de rociado térmico, a menudo es difícil saber exactamente qué tan bien se ha aplicado el recubrimiento, aparte de una evaluación visual.
• Configuración costosa – algunos de los métodos de recubrimientos por rociado térmico requieren aparatos muy costosos, lo que puede resultar en un alto costo inicial de instalación.