Dr. Prepper — Edición 11
CHORRO DE CERDAS EN LA PULVERIZACIÓN TÉRMICA: MEJORA DE LA ADHERENCIA DEL REVESTIMIENTO
En la 11ª edición de Dr. Prepper, nos adentramos en un estudio de caso realizado por la Universidad de Tecnología - Beijing, y el Colegio de Ciencia e Ingeniería de Materiales - Beijing, dirigido por Yingying Ding, Hui Li y Yingliang Tian. El estudio se centra en la fuerza adhesiva en recubrimientos pulverizados térmicamente, un factor crítico para el rendimiento. Introduce el Chorro de Cerdas como un innovador pretratamiento de superficies y compara su eficacia con el granallado en acero dulce y aleaciones de aluminio.
El Chorro de Cerdas demuestra ser una solución práctica, especialmente en situaciones en las que el granallado in situ es un desafío. Además, el estudio subraya la importancia de considerar el material del sustrato, crucial para optimizar la adherencia del recubrimiento con el Chorro de Cerdas como método de preparación de superficies.
El habitual PAPEL ROJO de MontiPower®. Lleno de información interesante y necesaria sobre la preparación óptima de superficies desde 1987.
Los recubrimientos pulverizados térmicamente encuentran una amplia aplicación en diversos sectores industriales para soluciones de ingeniería de superficies. Asegurar una fuerza adhesiva suficiente entre el recubrimiento y el sustrato es imperativo, constituyendo un requisito de servicio fundamental. Típicamente, la superficie del sustrato se somete a una preparación meticulosa antes de la pulverización para proporcionar una superficie limpia y rugosa, facilitando una unión adecuada para el recubrimiento depositado. Este paso del procedimiento es esencial e influye significativamente en el rendimiento general del recubrimiento.
Los materiales de sustrato blandos como las aleaciones de aluminio, el cobre, etc., enfrentan desafíos significativos debido a la presencia de partículas de grano incrustadas en la interfaz sustrato/recubrimiento. Además, en ciertas operaciones in situ, el empleo de máquinas tradicionales de granallado resulta desafiante, dada su dependencia de compresores de aire y un consumo sustancial de grano. Adicionalmente, surgen preocupaciones ambientales por el ruido y los subproductos de polvo peligrosos asociados con dichas máquinas. Un pretratamiento de superficies que utilice instalaciones móviles con un funcionamiento sencillo resulta más ventajoso para estas aplicaciones industriales.
Este estudio tiene como objetivo evaluar la viabilidad del uso del Chorreado de Cerdas en la pulverización térmica, centrándose en recubrimientos metálicos (Ni5Al) y cerámicos (Al2O3) sobre sustratos como acero dulce (A283) y aleación de aluminio (7075). Los recubrimientos se aplicarán sobre superficies preparadas por tres métodos: Chorreado de Cerdas, granallado y lijado mecánico.
El objetivo principal fue comparar el chorreado de cerdas y el granallado como pretratamientos de superficie, con el lijado mecánico sirviendo como grupo de control para evaluar el impacto de la rugosidad de la superficie. En el granallado, se emplearon partículas de corindón de malla 20 (Pigeon Group) con una presión de aire de granallado de 0,6 MPa y una distancia de granallado de 60 mm. El lijado mecánico implicó el uso manual de papel de lija de SiC de grano 800 en una máquina lijadora automática. El chorreado de cerdas utilizó una chorreadora comercial (Monti SE-677-BMC) con una velocidad de rotación de la rueda fija de 2150 rpm, considerando la profundidad de penetración como un parámetro clave.
Durante la operación, las puntas giratorias de las cerdas golpean la superficie objetivo con una energía cinética similar al impacto del abrasivo. Este proceso repetido continuamente da como resultado miles de impactos localizados, rebotes y la formación de cráteres, dejando así una superficie limpia y rugosa. La principal ventaja de esta tecnología es su simplicidad y facilidad de uso. El Bristle Blaster® tiene medio metro de largo y varias decenas de centímetros de alto; se puede accionar fácilmente con una batería, un motor eléctrico o neumático. Se puede montar en un posicionador automatizado o manejar manualmente, de modo que la operación solo necesita un espacio muy pequeño, a diferencia del chorreado con abrasivo que generalmente requiere una cabina insonorizada grande o protección.
PRUEBA: Algunos trabajadores han intentado utilizar el chorreado de cerdas como pretratamiento de superficie para pintar y han demostrado que era posible generar una superficie rugosa, cuya rugosidad media (Ra) era de aproximadamente 3,35 µ.
La principal ventaja de esta tecnología es su simplicidad y facilidad de uso.
En los últimos años, el chorreado de cerdas ha surgido como un nuevo enfoque en la preparación de superficies que ha atraído la atención de la industria. Este proceso es fundamentalmente un proceso de abrasión mecánica que utiliza una rueda giratoria similar a un cepillo. La rueda consta de muchos alambres de acero de alta resistencia afilados, cuyas puntas están especialmente diseñadas con una curva en ángulo hacia adelante, es decir, el vástago del alambre está doblado en la dirección de rotación (fig. 1). Durante la operación, las puntas giratorias de las cerdas golpean la superficie objetivo con una energía cinética similar al impacto del abrasivo. Este proceso repetido continuamente da como resultado miles de impactos localizados, rebotes y la formación de cráteres, dejando así una superficie limpia y rugosa.
El microscopio de barrido láser confocal LEXT OLS4100 se utilizó para caracterizar la topografía de la superficie con una resolución óptica mejorada. Este método proporciona una combinación equilibrada de alta precisión y velocidad de prueba, evaluando la morfología de la superficie tanto en 3D como en 2D.
La morfología de la superficie del acero
sustrato tratado por diferentes métodos:
(a) Lijado
(b) Granallado
(c) Chorro de Cerdas (3 mm)La morfología de la superficie del acero
sustrato tratado por diferentes métodos:
(a) Lijado
(b) Granallado
(c) Chorro de Cerdas (2 mm)
En el caso del 7075, la rugosidad superficial media Ra aumentó bruscamente de 0.834 ± 0.185 a 2.450 ± 0.606 μ cuando la profundidad de penetración cambió de 1 a 2 mm, lo que implica que se desprendieron más materiales del sustrato. Sin embargo, no hubo una diferencia distinta entre las muestras tratadas con una profundidad de penetración de 2 y 3 mm en términos de rugosidad media (Ra) y pendiente del perfil (Rdq). Esto se debe presumiblemente a la deformación plástica del sustrato 7075 cuando las cerdas impactaron continuamente sobre el sustrato, como se observó en la fig. 2. A medida que aumentó la profundidad de penetración, hubo una tendencia a una disminución gradual de la asimetría de la superficie (Rsk), lo que indica que las asperezas del perfil eran poco profundas y deprimidas. Para el A283, cuando aumentó la profundidad de penetración, la rugosidad aumentó linealmente, como se muestra en la fig. 2.
fig. 2
Rugosidad superficial del sustrato con diferentes tratamientos. (a) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk; G lijado, GB granallado, BB Bristle Blasting.
El estudio comparó superficies granalladas con cepillos y superficies granalladas con chorro de arena. Aunque las superficies granalladas con cepillos parecían visualmente más brillantes, eran menos rugosas que las granalladas con chorro de arena. Para el 7075, un aumento en la profundidad de penetración de 1 a 2 mm condujo a un aumento significativo en la rugosidad promedio (Ra), lo que indica una mayor eliminación de material del sustrato. Se produjo una deformación plástica a profundidades mayores. Para el A283, el aumento de la penetración aumentó linealmente la rugosidad. El A283 alcanzó la rugosidad del granallado a 3 mm, limitada por una energía cinética insuficiente. A pesar de los valores de Ra similares, las superficies granalladas con cepillos eran menos uniformes debido al espaciado de los alambres de las cerdas, lo que resultó en picos y valles más grandes en comparación con las superficies granalladas con chorro de arena fig. 3.
fig. 3
Perfil 2D de la superficie del sustrato de acero (A283) con diferentes tratamientos: (a) tal como está rectificado, (b) tal como está granallado, (c) tal como está chorreado con cerdas con una penetración de 3 mm.
El principal inconveniente del granallado para la preparación de superficies es la presencia de residuos de abrasivo en la interfaz, lo que es especialmente problemático para materiales blandos. Si bien una limpieza ultrasónica posterior puede eliminar estos residuos, su aplicación in situ es un desafío. Este problema se evita por completo al emplear el Chorreado de Cerdas para la preparación de superficies. El aspecto más atractivo del Chorreado de Cerdas radica en su simplicidad y rentabilidad, particularmente para operaciones in situ.
A diferencia del granallado, donde la recolección y el reciclaje de partículas abrasivas masivas rebotadas en espacios abiertos es difícil, el chorreado de cerdas ofrece flexibilidad y eficiencia de procesamiento comparable al granallado estándar y al desbaste mecánico. Según la experiencia de laboratorio, la velocidad de procesamiento durante el chorreado de cerdas puede alcanzar aproximadamente 1 metro cuadrado de superficie en 1 hora, significativamente más rápido que el procesamiento de textura láser.
En el Chorreado de Cerdas, la abrasión de la superficie ocurre a través de la extensa excavación de la superficie metálica por las puntas de las cerdas, lo que resulta en numerosos cráteres localizados.
fig. 4
Dependencia de la adhesión del recubrimiento de Ni5Al a diferentes parámetros de rugosidad superficial: (A) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk
Este estudio investigó la viabilidad de aplicar el Chorro de Cerdas en relación con los recubrimientos pulverizados térmicamente. Los principales resultados preliminares son los siguientes:
La fuerza adhesiva de los recubrimientos pulverizados térmicamente sobre sustratos sometidos a diferentes métodos de pretratamiento mostró un aumento gradual desde el lijado, el chorreado de cerdas hasta el granallado. En el caso del recubrimiento de Ni5Al, la preparación de la superficie con chorreado de cerdas produjo aproximadamente el 60% de la fuerza adhesiva en comparación con el método de granallado.
El chorreado de cerdas parece ser una solución prometedora para sustratos de acero y aleaciones de aluminio cuando el granallado no es aplicable. Sin embargo, es esencial considerar el material del sustrato en la selección de los parámetros de granallado.
CREEMOS EN EL PODER DE LA INNOVACIÓN
Al preparar superficies óptimas, logramos que los recubrimientos funcionen mejor. Montipower® ha estado innovando maquinaria original para la preparación de superficies, fabricada con calidad en Alemania, desde 1987.
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