Pulverización térmica explicada: Tipos, aplicaciones y beneficios

Hoy, los recubrimientos por pulverización térmica se usan en numerosas industrias. Consisten en alambre y polvo fundido expuestos a plasma o combustión oxi-combustible. La llama del dispositivo impulsa la mezcla calentada y, al rociarse sobre metal, forma recubrimiento firme.

Los recubrimientos por pulverización térmica tienen amplias aplicaciones útiles: proteger aviones, edificios y estructuras de temperaturas extremas, químicos, humedad, lluvia. Aquí explicamos qué es, cómo se hace, aplicaciones y ventajas.

¿Qué es el recubrimiento por pulverización térmica?

Técnicas de pulverización térmica son procesos de recubrimiento donde materiales fundidos (o calentados) se pulverizan sobre una superficie. La "materia prima" (precursor del recubrimiento) se calienta por medios eléctricos (plasma o arco) o químicos (llama de combustión).

Puede proporcionar recubrimientos gruesos (aprox. 20 µm a varios mm, según proceso y materia prima), sobre gran área a alta tasa de deposición vs otros procesos (electrodeposición, deposición física/vapor químico).

Materiales: metales, aleaciones, cerámicos, plásticos, compuestos. Se alimentan en polvo o alambre, calentados a estado fundido/semi-fundido, acelerados hacia sustratos como partículas de micrómetros.

Combustión o arco eléctrico suelen ser fuente de energía. Recubrimientos resultan de acumulación de numerosas partículas pulverizadas. El sustrato no se calienta significativamente, permitiendo recubrir sustancias inflamables.

Calidad del recubrimiento se evalúa por porosidad, contenido de óxidos, dureza macro/micro, resistencia de unión, rugosidad. Generalmente, calidad aumenta con velocidad de partícula.

Además de aplicaciones en equipos originales, recubrimientos por pulverización térmica reparan piezas desgastadas/dañadas en servicio y restauran dimensiones de piezas mecanizadas. Restaurar dimensiones de componentes desgastados/corrosionados: rodillos de impresión, cojinetes sobredimensionados.

¿Cómo hacer pulverización térmica?

Categoría genérica de procesos que aplican un consumible como chorro de gotitas finas fundidas/semi-fundidas para producir recubrimiento.

Se distingue por depositar recubrimientos de metales, cermets, cerámicos, polímeros en capas de espesor sustancial, típicamente 0,1–10 mm, para aplicaciones de ingeniería. Casi cualquier material puede depositarse si funde o vuelve plástico durante pulverización. En superficie del sustrato, partículas forman "chasquidos" (splats) o "plaquetas" que se entrelazan y acumulan formando el recubrimiento.

El depósito no se fusiona con sustrato ni forma solución sólida para lograr unión. Rasgo significativo vs otros procesos (soldadura por arco, brasado, láser).

Unión entre recubrimiento pulverizado térmicamente y sustrato es principalmente mecánica, no metalúrgica ni por fusión. Adhesión depende de condición de superficie del sustrato: debe estar limpia y rugosa (granallado o mecanizado) antes de pulverizar.

Procesos de pulverización térmica usados ampliamente desde hace años en todos los sectores industriales mayores para protección y recuperación de componentes. Desarrollos recientes en equipos y procesos han mejorado calidad y ampliado rango de aplicaciones.

Tipos de procesos de recubrimiento por pulverización térmica

Variaciones distinguidas:

• Pulverización por plasma
• Pulverización por detonación
• Pulverización por arco de alambre (wire arc)
• Pulverización por llama
• HVOF (High Velocity Oxy-Fuel)
• HVAF (High Velocity Air Fuel)
• Pulverización en caliente (warm spraying)
• Pulverización en frío (cold spraying)
• Spray and Fuse

En procesos clásicos (1910–1920) pero aún usados: pulverización por llama y arco de alambre, velocidades de partícula bajas (< 150 m/s), materias primas deben estar fundidas para depositarse.

Pulverización por plasma (1970s): chorro de plasma alta temperatura por arco, típicamente > 15 000 K, permite pulverizar materiales refractarios (óxidos, molibdeno, etc.).

Detallamos los 5 procesos más comunes para generar recubrimientos por pulverización térmica:

1. HVOF (Pulverización oxi-combustible de alta velocidad)

Usa soplete que permite expandir llama al usar boquilla. Crea aceleración rápida que acelera partículas. Resultado: recubrimiento excepcionalmente fino, uniforme, fuerte, buena adherencia. Resistencia a corrosión mejor que plasma, pero no apto para altas temperaturas.

2. Pulverización por llama de combustión

Excelente para superficies no diseñadas para estrés extremo. Recubrimiento no se adhiere fuertemente por baja velocidad de llama. Llama generada por O₂ + combustible, funde mezcla. Popular para aplicaciones de baja intensidad por bajo coste.

3. Pulverización por plasma

Usa antorcha de plasma como herramienta principal para calentar y pulverizar. Tras fundir polvo, se deposita en producto similar a pulverización por llama. Recubrimientos de pocos µm a pocos mm. Polvo es material más usado, pero también metales y cerámicos. Muy popular por adaptabilidad.

4. Pulverización por plasma en vacío

Entorno controlado, bajas temperaturas. Mantiene vacío y reduce daño a material. Varias combinaciones de gases para presión necesaria. Usado en paragolpes, salpicadero, carcasas de retrovisores. También pretratamiento de moldeados de polietileno para adhesión de adhesivos epoxi base agua.

5. Pulverización por arco eléctrico de dos hilos (Two-Wire Electric Arc Spraying)

Arco entre dos hilos conductores eléctricamente. Fusión en punto de contacto. Arco permite calentamiento → deposición y fusión, similar a pulverización por llama con soplete. Aire comprimido para pulverizar recubrimientos. Popular por rentabilidad; típicamente usa aluminio o cinc como material base.

Ventajas de recubrimientos por pulverización térmica

• Coste reducido. Reparar componente cuesta menos que comprar nuevo. A menudo recubrimiento dura más que material original.
• Bajo aporte de calor. Con pocas excepciones, proceso deja historial térmico del componente intacto.
• Versatilidad. Casi cualquier metal, cerámico o plástico puede pulverizarse térmicamente.
• Rango de espesor. Según material y sistema, recubrimientos de 0,001 a > 1 pulgada (25 µm a > 25 mm). Típico 0,125–2,5 mm (0,005–0,1 pulg).
• Velocidad de procesado. Tasas 3–60 lb/h (1,4–27 kg/h) según material y sistema. Típico 0,25–1 kg/m² por 0,01 pulg (0,25 mm) espesor.

Desventajas de recubrimientos por pulverización térmica

• Enmascara el sustrato – al ser tan eficientes, a menudo imposible saber material del sustrato tras recubrir, salvo registros estrictos.
• No se puede evaluar eficacia precisamente – tras aplicar, difícil saber exactamente cómo ha quedado, salvo evaluación visual.
• Costosa instalación – algunos métodos requieren aparatos muy caros, alto coste inicial.