Proyección Térmica Explicada: Tipos y Aplicaciones en Diversas Industrias

Hoy, los recubrimientos por proyección térmica se utilizan en numerosas industrias. Estos recubrimientos consisten en alambre y polvo fundido expuestos a plasma o combustión oxicombustible. El chorro del dispositivo impulsa la mezcla calentada y, al rociarse sobre el metal, forma un recubrimiento firme.

Los recubrimientos por proyección térmica se usan en un amplio espectro de aplicaciones útiles, que pueden incluir protección de aviones, edificios y otras estructuras contra temperaturas extremas, productos químicos o condiciones ambientales como humedad y lluvia. En este artículo discutiremos qué es la proyección térmica, cómo se hace, y sus aplicaciones y beneficios.

¿Qué es el Recubrimiento por Proyección Térmica?

Las técnicas de proyección térmica son procesos de recubrimiento en los que 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).

La proyección térmica puede proporcionar recubrimientos gruesos (rango aprox. 20 micras a varios mm, según proceso y materia prima), sobre grandes áreas a alta tasa de depósito comparado con otros procesos como electrodeposición, deposición física y química de vapor.

Materiales de recubrimiento disponibles: metales, aleaciones, cerámicas, plásticos y compuestos. Se alimentan en polvo o alambre, se calientan a estado fundido o semifundido, y se aceleran hacia el sustrato como partículas de tamaño micrométrico.

La combustión o descarga de arco eléctrico se usa usualmente como fuente de energía. Los recubrimientos resultantes se forman por acumulación de numerosas partículas pulverizadas. La superficie no se calienta significativamente, permitiendo recubrir sustancias inflamables.

La calidad del recubrimiento se evalúa midiendo porosidad, contenido de óxidos, dureza macro y micro, resistencia de unión y rugosidad superficial. Generalmente, la calidad aumenta con mayores velocidades de partícula.

Además de aplicaciones en equipos originales, los recubrimientos por proyección térmica se usan para reparar piezas desgastadas y dañadas en servicio, y restaurar dimensiones de piezas mecanizadas. Se usan para restaurar dimensiones de componentes desgastados o corroídos, como rodillos de impresión y cojinetes sobredimensionados.

¿Cómo se Hace la Proyección Térmica?

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

Se distingue por su capacidad para depositar recubrimientos de metales, cermets, cerámicas y polímeros en capas de espesor sustancial, típicamente 0,1 a 10 mm, para aplicaciones de ingeniería. Casi cualquier material puede depositarse siempre que se funda o vuelva plástico durante la operación. En la superficie del sustrato, las partículas forman "esplátidos" (splats) o "plaquetas" que se entrelazan y acumulan para dar el recubrimiento.

El depósito no se funde con el sustrato ni tiene que formar una solución sólida para lograr unión. Esto es una característica significativa frente a otros procesos, particularmente soldadura por arco, soldadura fuerte y procesos de recubrimiento láser.

La unión entre recubrimiento proyectado térmicamente y sustrato es principalmente mecánica, no metalúrgica ni por fusión. La adherencia depende de la condición de la superficie del sustrato, que debe estar limpia y rugosa por chorro de granalla o mecanizado previo.

Los procesos de proyección térmica se han usado ampliamente por muchos años en todos los sectores industriales para protección y recuperación de componentes. Desarrollos recientes en equipos y procesos han mejorado la calidad y ampliado el rango de aplicaciones.

Tipos de Procesos de Recubrimiento por Proyección Térmica

Se distinguen varias variantes:

• Proyección por plasma
• Proyección por detonación
• Proyección por arco de alambre (Wire arc)
• Proyección por llama (Flame spraying)
• Proyección oxicombustible de alta velocidad (HVOF)
• Proyección aire-combustible de alta velocidad (HVAF)
• Proyección tibia (Warm spraying)
• Proyección en frío (Cold spraying)
• Pulverizar y Fundir (Spray and Fuse)

En procesos clásicos (desarrollados entre 1910 y 1920) pero aún ampliamente usados como proyección por llama y arco de alambre, las velocidades de partícula son generalmente bajas (<150 m/s) y las materias primas deben estar fundidas para depositarse.

La proyección por plasma, desarrollada en los 70, usa chorro de plasma de alta temperatura generado por arco con temperaturas típicas >15.000 K, permitiendo pulverizar materiales refractarios como óxidos, molibdeno, etc.

Aquí discutimos los 5 procesos más comunes para generar recubrimientos por proyección térmica:

1. HVOF (Proyección Oxicombustible de Alta Velocidad)

HVOF usa una antorcha que permite la expansión de la llama al usar la boquilla. Esto crea aceleración rápida que acelera las partículas. El resultado es un recubrimiento excepcionalmente delgado y uniforme. A pesar de ser delgado, es fuerte y adhiere bien. Su resistencia a la corrosión es mejor que recubrimientos de plasma, pero no es adecuado para altas temperaturas.

2. Proyección por Llama de Combustión

Excelente opción para superficies no diseñadas para estrés extremo. El recubrimiento no se adhiere fuertemente ya que el mecanismo usa menor velocidad de llama.

La llama se genera combinando oxígeno con combustible, fundiendo la mezcla. Popular para aplicaciones de baja intensidad por su bajo coste.

3. Proyección por Plasma

Usa antorcha de plasma como herramienta principal para calentar y pulverizar. Tras fundir el polvo, se deposita similar a proyección por llama.

Los recubrimientos pueden ser de pocos micrómetros a pocos milímetros. El polvo es el material más usado, pero también metales y cerámicas. Muy popular por su adaptabilidad.

4. Proyección por Plasma en Vacío

Se realiza en ambiente controlado pero a bajas temperaturas. Mantiene el vacío y reduce daño al material. Varias combinaciones de gases pueden usarse para obtener presión necesaria.

Usada para paragolpes, salpicaderos, carcasas de espejos. También para pretratamiento de moldeados de polietileno, dando adhesión a adhesivos epoxi base agua.

5. Proyección por Arco Eléctrico de Dos Hilos (Two-Wire Electric Arc)

Utiliza un punto de arco entre dos hilos eléctricamente conductivos. La fusión ocurre donde los hilos conectan. El arco permite calentamiento que crea depósito y fusión, similar a proyección por llama con antorcha.

Aire comprimido se usa para pulverizar el recubrimiento. Popular por su rentabilidad, típicamente usa aluminio o zinc como material base.

Ventajas de los Recubrimientos por Proyección Térmica

• Coste Reducido. Reparar componente cuesta menos que comprar uno nuevo. A menudo el recubrimiento dura más que el material original.
• Bajo Aporte Térmico. Con pocas excepciones, el proceso deja la historia térmica del componente intacta.
• Versatilidad. Casi cualquier metal, cerámica o plástico puede proyectarse térmicamente.
• Rango de Espesor. Según material y sistema, recubrimientos de 0,001 a más de 1 pulgada (25 mm). Típicamente 0,125-2,5 mm.
• Velocidad de Procesado. Tasas de pulverización 3-60 lb/hr según material y sistema. Tasas típicas 0,5-2 lb de material por pie cuadrado por 0,25 mm de espesor.

Desventajas de los Recubrimientos por Proyección Térmica

• Disimula el sustrato — al ser tan eficientes, a menudo es imposible saber de qué material era el sustrato tras el recubrimiento, salvo que se lleven registros estrictos.
• No se puede evaluar efectividad con precisión — tras aplicar, es difícil saber exactamente cómo ha quedado, salvo por evaluación visual.
• Costosa instalación — algunos métodos requieren aparatos muy caros, resultando en alto coste inicial.