comprimidos para aumentar su velocidad, 3: gases plasmógenos, 4:
chorro de plasma, y 5: ánodo de Cu
8.4 VARIABLES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE PROYECCIÓN TÉRMICA.
La calidad y el comportamiento de los recubrimientos obtenidos por proyección térmica dependen de un gran número de variables como son la preparación del sustrato, la potencia o energía suministrada a la llama, la distancia de proyección, la composición y el tamaño de las partículas de polvo, el gasto másico del polvo alimentado, la velocidad de la antorcha respecto de la pieza y los
caudales de gases.
8.4.1
PREPARACIÓN SUPERFICIAL DEL SUSTRATO.Para asegurar una unión adecuada del recubrimiento con el sustrato es necesario preparar la superficie de éste, debe estar limpia y tener cierta rugosidad.
Es necesario eliminar los productos de corrosión, aceites, grasas y otros lubricantes, pinturas, etc. Normalmente la limpieza se lleva a cabo mediante lijado, mecanizado, chorreado con partículas abrasivas o limpieza con agentes químicos. Para desengrasar se emplean disolventes orgánicos, detergentes o algún tipo de disolución alcalina.
En cuanto a la rugosidad superficial, se emplean tres métodos: mecanizado, chorreado o una combinación de ambos. El mecanizado se emplea generalmente en superficies cilíndricas. Para conseguir mayor adherencia se suele mecanizar y luego chorrear. Las partículas abrasivas más usadas en el chorreado son de alúmina o hierro, aunque también se utilizan arena y carburo de silicio. Es muy importante el tipo y el tamaño de las partículas abrasivas, así como la distancia, el ángulo, la presión y el tiempo de chorreado.
8.4.2
DISTANCIA DE PROYECCIÓN.La distancia de proyección influye de forma importante en las características del recubrimiento, especialmente en la densidad de éste. Distancias de proyección demasiado largas producen el enfriamiento y pérdida de velocidad de las partículas, debido a la rápida expansión de la corriente de gas. En el caso contrario, distancias de proyección muy cortas, las partículas no llegan al estado plástico o semifundido, y rebotan contra la superficie del sustrato, sin llegar a adherirse bajo el efecto de la rugosidad de la superficie.
Si las partículas no llegan a la superficie del sustrato con una temperatura y una velocidad adecuadas o si la velocidad de enfriamiento es muy lenta, aumenta la porosidad del recubrimiento y disminuye la eficiencia del proceso de proyección.
8.4.3 ÁNGULO DE PROYECCIÓN.
El ángulo de proyección también influye en la estructura del recubrimiento. Normalmente los recubrimientos con mayores densidades y adherencias se obtienen con ángulos de proyección de 90º.
8.4.4 POTENCIA O ENERGÍA SUMINISTRADA A LA LLAMA.
La potencia suministrada es el parámetro principal para el control de la temperatura y la velocidad de la llama, y por tanto de la energía que es aporta a las partículas de polvo para ser fundidas y la velocidad con que son proyectadas.
En la proyección térmica por plasma para variar la potencia del arco, generalmente, se modifica la intensidad, ya que el voltaje está influenciado por el caudal y tipo de gas empleado, mientras que la intensidad no depende de otros parámetros.
En la proyección térmica por alta velocidad esta energía se puede modificar cambiando la relación de gases en la mezcla, aumentando o disminuyendo la cantidad del comburente respecto de la del combustible, o variando la dilución de la mezcla con mayor o menor caudal de gases.
8.4.5
EL POLVO ALIMENTADO.Hay que tener en cuenta la composición, el tamaño y la forma de las partículas del polvo de alimentación, así como el gasto másico del mismo. Son muy importantes las propiedades físicas del polvo, como su punto de fusión, y las transformaciones físicas que puede sufrir durante la proyección.
El tamaño influye de forma importante, puesto que a iguales tiempos de residencia de las partículas en la antorcha, dichas partículas alcanzarán diferentes temperaturas, pudiendo producirse una fusión incompleta de las mismas o su volatilización total o parcial según sean muy grandes o muy pequeñas.
Respecto a la forma de las partículas, es preferible que está sea esférica, para que la transmisión de calor en la partícula sea uniforme y está se funda homogéneamente. Las formas angulosas, aciculares o cortantes dificultan la fusión
de la partícula.
El gasto másico está íntimamente relacionado con los anteriores factores. Para caudales bajos las partículas de mayor tamaño entran en la parte central de la llama (zona de máxima temperatura), pero las partículas más finas no llegan a penetrar en la zona más caliente de la llama, lo que puede producir falta de fusión. Si el gasto es elevado, las partículas finas viajan a través del eje central de la llama, mientras que las de mayor tamaño atravesarán la llama no alcanzando la temperatura adecuada[97].
8.4.6 VELOCIDAD DE LA ANTORCHA.
La velocidad transversal con la cual se desplaza el haz de proyección a través de la superficie del sustrato influye directamente en la formación y en la cantidad de materia que se deposita en cada capa, con todas las consecuencias de materia y energía que esto comporta, además de controlar la cohesión, adherencia, espesor e integridad estructural finales del recubrimiento. Hay que tener en cuenta que tanto un exceso como la escasez de una velocidad relativa determinada puede ser contraproducente para la obtención del recubrimiento deseado. Una velocidad relativa excesiva, provocará la deposición de un número reducido de partículas “splats”, dando lugar a una capa de espesor e integridad estructural reducidos. Una velocidad relativa insuficiente, provocará la deposición de un número excesivo de partículas, dando lugar a una capa de espesor elevado.
La velocidad ha de ser tal que las partículas del material se depositen sobre el sustrato sin que la llama de proyección permanezca mucho tiempo sobre el sustrato, ya que lo puede calentar en exceso.
8.4.7 LA ATMÓSFERA DE PROYECCIÓN.
La atmósfera de proyección es uno de los parámetros más importantes de la proyección térmica, ya que según sea la atmósfera en la que se proyecta se obtendrán distintas calidades de depósito para el mismo material.
Los gases que intervienen en el proceso de proyección térmica de alta velocidad son básicamente tres: (1) el gas combustible (en este caso hidrógeno), (2) el gas comburente (oxígeno), (3) el gas portador que transporta el polvo de la tolva
hasta la pistola (nitrógeno). El caudal de dichos gases y la relación (estequiometria) entre el combustible y el comburente determinarán las características de la reacción de combustión (que tiene lugar dentro de la cámara de combustión de la pistola, donde entran todos los gases a la vez).
La reacción de combustión que tiene lugar utilizando hidrógeno como gas combustible se muestra en la ecuación siguiente.
22. 2H2+O2 →2H O2
Dicha reacción se utilizará como punto de partida a la hora de calcular los caudales de gases, aunque se ha de tener en cuenta que en la práctica, debido a las altas presiones que se alcanzan en la pistola, se pueden generar subproductos de reacción como OH- , O2- , H2 , H+ , CO, e- , etc.