Proceso de metalizado[1]

CURSO DE PROCESOS Y TECNICAS DE APLICACIÓN

DE MICROPOLVOS

Tecnologia de Rociado Termico

• Aplicación de recubrimientos protectores:

Desarrollo vertiginoso en esta última década debido a:

– Tendencia a mejorar las eficiencias de sistemas mecánicos aumento solicitaciones mecánicas-térmicas desarrollo de nuevas aleaciones metálicas y no metálicas

– Necesidad de aumentar vida útil de partes y piezas generar economia

– Tendencia de efectuar recubrimiento a pieza antes de entrar en servicio recubrir nuevamente despues de desgaste

Tecnologia de Rociado Termico

Fundamentos• Sistema genérico compuesto de:

– Material a depositar: bobinas de alambre, micropolvos metálicos, carburos, cerámicas y plásticos

– Unidad de proyección: procesa fuente de energía, incorpora material a depositar

– Fuente de energía: puede ser gases (oxígeno y acetileno), energía eléctrica para producir arco plasma o cortocircuito

Clasificación de los Procesos

• Se clasifican en función del tipo de adherencia con metal base:– Metalizado: adherencia mecánica, sin difusión

atómica entre aleación y metal base– Fusión: adherencia metalúrgica entre aporte y

metal base

Proceso de Metalizado

• Historia– 1920 se desarrolla una pistola portátil de

metalizado– Entre 1930 y 1950 se logra notable avance en

desarrollo – 1950 en adelante los procesos de metalizado se

aceptan ampliamente en campo industrial– Hoy; gran aceptación en industria, debido a

progreso en producción de polvos regulando y uniformando calidad de aleaciones


• Características– Aplicable en cualquier tipo de metal o aleación

metálica a excepción de Cu puro– Temperatura metal base no excede 250° C– Depósitos de porosidad controlada, entre 1 a 6%– Buena resistencia al desgaste friccional, abrasivo

y erosivo– En general, depósitos no admiten acción de carga

puntual– Rango de durezas entre 70 Rb y 60 Rc


• Esquema Proceso

Metal Base

Distancia L

Depósito

Micropolvo

Unidad de Proyección

O2 y C2H2

Proceso de Metalizado• Mecanismo de adherencia (1 de 3)

– T° de llama aprox. 3100°C– Micropolvo se inyecta a 20°C transferencia de

calor a partícula se calienta y plastifica– Aumenta E térmica y aceleración de partícula

aumenta E cinética– Partículas impactan sobre superficie de pieza

deformación se entraban mecánicamente– Adherencia se atribuye a entrabamiento mecánico

y difusión localizada– Grado de adherencia E térmica y velocidad de

partícula (dep. de cada sistema)


• Mecanismo de adherencia (3 de 3)

– Aumenta E térmica aumenta E cinética aumenta calidad del depósito

– Ejemplo:

• Sistema 1 E térmica = 25 000 BTU/h

Velocidad partícula = 70 m/s

Depósito = aleaciones medio pto. Fusión, alta porosidad, partículas no plastificadas, etc.

• Sistema 2 E térmica = 80 Kw

Velocidad partícula = 600 m/s

Depósito = denso uniforme, doble resistencia que Sist. 2, aleaciones tipo refractario,etc


• Variables incidentes en transferencia de calor llama-partícula (1 de 2)

– Dados e (energía térmica), V (velocidad) y L (distancia a la pieza), la eficiencia de transferencia de calor llama/partícula depende de tamaño y forma de ésta

– Sist. de alto poder calorífico y partícula de nominal menor que requerido excesiva transferencia de calor por unidad de superficie oxidación por alta T°

– partícula de nominal mayor que requerido no absorbe suficiente calor no plastifica no funde no hay entrabamiento mecánico

Proceso de Metalizado• Variables incidentes en transferencia de calor llama-

partícula (2 de 2)

– Forma de partícula

• Distribución uniforme de partículas esféricas absorbe calor en trayectoria de manera uniforme

• Partículas de forma angular absorben calor desde su sección más débil (puntas) oxidación por alta T° de aristas

Corolario: Tamaño y forma de partículas se pueden controlar con proceso de fabricación parámetros más importantes que determinan la calidad de una aleación micropulverizada

Proceso de Metalizado• Mecanizado de Recubrimientos

– Recubrimientos efectuados con Durotec 19910 y Proxon 21041 deben terminarse por esmerilado de manera de obtener una superficie pulida

– Características de abrasivos recomendados:Tipo de abrasivo C o SiC (Carburos de

silicio)Tamaño de grano 30 a 60 (mediano)Estructura 3 a 4 (densa)Aglomerante V (vitrificado)

– Muelas de carborundum dan excelentes resultados, parámetros de referencia

Velocidad de piedra 1800 m/mminVelocidad de la pieza 15 m/minAvance transversal 1 m/min

Sistemas de Metalizado• Sistema ROTOTEC

– Deposito de aleaciones micropulverizadas sobre piezas cilíndricas sometidas a desgaste. Fuente térmica llama oxiacetilénica

– Equipamiento básico

• Cilindros y reguladores estándar de O2 y Acetileno• Pistola para metalizado• Aleaciones micropulverizadas de base y

recubrimiento final• Herramienta calzada de carburo de tungsteno• Lápices térmicos de 100 y 250°C

– Presiones de trabajo: 0.5 kg/cm2 (7 psi) Acetileno y 1.0 kg/cm2 (14 psi) O2

Sistemas de Metalizado• Sistema ROTOTEC

– Debe emplearse una aleación de liga entre el material base y el micropolvo de revestimiento

– Aplicaciones:• Reconstrucción de superficies cilíndricas desgastadas

por fricción• Abrasión o erosión de ejes de bombas• Muñones de ejes de levas• Descansos• Ejes de ventilador• Pistones hidráulicos• Áreas de sellado• Áreas de empaque• Ajustes de precisión• etc

Sistemas de Metalizado

• Sistema ROTOTEC I-A– Emplea equipamiento similar al anterior – Pistola permite obtener un mayor aporte de energía calórica

posibilitando el uso de las aleaciones Proxon, sin necesidad de emplear aleación base de liga

– Presiones de trabajo: 0.6 kg/cm2 (8 psi) Acetileno y 1.4 kg/cm2 (20 psi) O2

Sistema ROTOTEC I-AAplicaciones Típicas

Industria: Papel, Pulpa

Pieza: Rotor de bomba

Producto: ProXon 19132

Incremento vida útil 200%

Industria: Textil

Pieza: Cigueñal



Industria: Utilitaria

Pieza: Camisa de rodillo



Industria: Taller

Pieza: Eje



Industria: Impresión

Pieza: Rodillo impresión



Industria: Química

Pieza: sello de bomba




• Sistema TERODYN 2000/2000 – Depósito de aleaciones micropulverizadas sobre superficies

planas y cilíndricas– Alto poder calorífico (sobre 75 000 BTU/h) dimensionamiento

exacto del tipo de llama en función de la aleación a proyectar– Control exacto de la alimentación del polvo durante la

proyección– Posibilidad de proyectar 3 tipos diferentes de aleación:

• Aleaciones metálicas de rociado sin capa base: PROXON 21XXX

• Aleaciones cerámicas: METACERAM 25XXX

• Aleaciones autofundentes: ROTOFUSE


• Sistema TERODYN 2000/2000 – Equipo

• Gases: fuente oxiacetilénica

• Reguladores: de dos etapas para minimizar caída de presión

• Medidor de flujo de gases: regulación de flujo en función de la aleación

• Regulador filtro de aire: proporcionar aire comprimido seco y limpio

• Unidad de proyección

Sistemas de Metalizado• Sistema TERODYN 2000/2000

– Unidad de proyección

• Válvulas de control de flujo de Ac y O2

• Válvula micrométrica de control de alimentación• Boquillas• Porta módulos• Rotojets

– Aumenta velocidad de partícula– Controlar configuración de rociado– Eliminar humos generados– Evitar sobrecalentamiento de la pieza

• Extensión

Sistemas de Metalizado• Sistema TERODYN 2000/2000

– Consideraciones de Uso

• Revisar manifold de gases y lectura de medidor de flujo

• Revisar perforaciones de las boquillas asegurándose que estén cilíndricas

• Evitar la entrada de acetona al soplete proveniente del cilindro de acetileno

• No utilizar chisperos de copa, para evitar la acumulación de mezcla de gases

• No apagar el soplete antes de cortar el suministro de polvos

Defectos en los depósitos de metalizado

• Incidencia de parámetros– E calórica: relacionada con el diseño de la pistola, puede

ser afectada por:

• Presiones inadecuadas de gases de combustión

• Flujos inadecuados

• < E calórica pobre plastificación y entrabamiento de partículas

• > E calórica sobrecalentamiento de la partícula, oxidación

Defectos en los depósitos de metalizado

• Incidencia de parámetros– Velocidad de proyección: baja impide entrabamiento

pobre adherencia– Distancia o tiempo:

• corto imposibilita plastificación depósito poroso pobre adherencia.

• Largo excesiva transferencia de calor oxidación

Practicas Seguras en Procesos de Rociado Térmico

• Luminosidad: Utilizar lentes oscuros adecuados para proteger al operador. Grado de opacidad 5 a 8 de acuerdo AWS

• Humos: Proveer ventilación adecuada mediante. Evitar humos de plomo y aleaciones de plomo y cadmio– Límites permisibles de concentración de diversos elementos

para una exposición de 8 horas diarias:• Plomo 0.15 mg/m3 de aire• Cadmio 0.10 mg/m3 de aire• Cromo 0.10 mg/m3 de aire• Manganeso 6.0 mg/m3 de aire (oxido de cromo)• Nitrógeno 25 ppm medido como oxido nitroso

• Ozono 1 ppm medido como O3

Prácticas Seguras en Procesos de Rociado Térmico

• Elementos en suspensión: generación de elementos en suspensión en rociado térmico esta por debajo de los niveles máximos permisibles bastará con emplear un sistema de ventilación abierta o forzada

• Utilizar casetas de ventilación

Procesos de Fusión

• Características– Temperatura de aplicación superficial de 950° C– Depósitos son densos e impermeables– Estructura del depósito libre de óxido– Buena resistencia al desgaste abrasivo, erosivo y corrosivo,

admitiendo impacto y ciclaje térmico– Se obtienen durezas de 70 Rb a 65 Rc

Procesos de Fusión• Procesos de 2 Etapas

– Consiste en efectuar un rociado con partículas de determinada granulometría sobre la superficie de la pieza y luego fundir las partículas

– Se aplican capas delgadas de no mas de 0.2 mm de espesor, repitiendo la operación hasta alcanzar el espesor final deseado

– Aplicaciones

• Ejes de geometría no esbelta con diámetro menor que 100 mm y una razón largo/diámetro inferior a 20

• Partes y piezas de tamaño tal que sea factible producir fusión superficial sin calentamiento prolongado

Procesos de Fusión

• Proceso de una Etapa– Utiliza micropolvos de partículas mucho más pequeñas para

producir simultáneamente la proyección y fusión– Metal base debe ser calentado en la zona a recubrir– Desplazar el soplete en toda la zona a recubrir a objeto de

no elevar puntualmente la temperatura del depósito y metal base a aquellos rangos de agotamiento del boro y el silicio

Sistema Eutalloy

Procesos de Fusión

• Sistema Eutalloy– Diseñado para efectuar rellenos y recubrimientos

protectores utilizando aleaciones micropulverizadas autofundentes de una etapa (proyección y fusión simultánea)

– Control de material aportado permite realizar depósitos de alta densidad, muy finos, minimizando el mecanizado posterior

Procesos de Fusión

• Sistema Eutalloy– Equipamiento básico

• Equipo estándar de acetileno

• Soplete especialmente diseñado compuesto por mango, cámara de gases, venturi de aspiración de aleación, portaboquilla y boquilla intercambiable

• Aleaciones micropulverizadas de distintas características para diversas aplicaciones

Procesos de Fusión

• Sistema Eutalloy– Aplicaciones

• Reconstrucción y protección de infinidad de piezas y partes de tamaño reducido como dientes de engranaje, chaveteros, camiones de ejes de leva, válvulas , guías de cadenas, matrices, cuchillas, tornillos sin fin, etc.

Procesos de Fusión• Sistema Eutalloy

– Procedimiento de Aplicación

• Preparación de la superficie– Se requiere superficie limpia, libre de lubricantes,

grasas, óxidos.

• Regulación de equipo– Utilizar llama neutra (T aprox. 3200°C)– Regulación de presiones

O2

Acetileno

Boquilla N° 53 1.5 kg/cm2 (18-20 psi) 0.2 kg/cm2 (4-5 psi)




– Procedimiento de Aplicación• Precalentamiento

– Realizar un precalentamiento a toda la pieza a 120° C aprox.

• Rociado y Fusión– Luego del precalentamiento, efectuar un rociado sobre

toda la superficie, manteniendo el soplete a 20 mm aprox.

– Espesor de capa no debe exceder los 0.2 mm por pase– Asegurarse que el metal aportado alcance un color rojo

suave (850 – 900°C) antes de iniciar la fusión– Mover el soplete lentamente sin detenerse para evitar

inclusiones de escoria y gases– Realizar pases sucesivos rociando y fundiendo al mismo

tiempo de modo uniforme hasta alcanzar espesor deseado


– Procedimiento de Aplicación

• Enfriamiento– Si es posible enfriar depósito lentamente para aliviar

tensiones

• Terminación o mecanizado– Mecanizar con herramienta de corte de carburo de

tungsteno tipo ISO K10

• Consideraciones generales– Cuidar distancia de proyección– Evitar flujo incorrecto de gases– No exceder espesor indicado y asegurar que toda la

pieza tenga la temp. necesaria para evitar sobrecalentamiento

Proceso de metalizado[1]

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