Estudio de esfuerzos residuales en recubrimientos aluminio-alúmina depositados por cold spray

Abstract

En la industria de la manufactura, para obtener una superficie con ciertas características mecánicas, o para proteger el material de los elementos del ambiente, se aplica el procesode recubrimiento. Esto permite obtener las características deseadas en la superficie sin tener que cambiar la pieza completamente. Existen varias técnicas de recubrimiento, en el cual se encuentra el Cold Spray, que permite recubrir superficies y además generar efectos similares al proceso de Shot Peening. El método de recubrimiento por Cold Spray consiste en impactar el material en forma de polvo en la superficie del sustrato, provocando su adhesión. Este proceso se caracteriza por generar esfuerzos residuales de compresión principalmente dentro del mismo recubrimiento.Estos esfuerzos permiten que la pieza aumente su resistencia a la fatiga. La magnitud cambia según los parámetros definidos y los materiales de los que están compuestas ambas partes de la muestra. En este trabajo se estudian los esfuerzos residuales de cuatro muestras de aluminio Al6061 recubiertos con una mezcla de aluminio y alúmina. Se investiga el efecto que tiene en estos resultados el aumentar el porcentaje de alúmina. Las cuatro muestras son recubiertas por los mismos materiales, cambiando solamente el porcentaje de alúmina. Los porcentajes asignados para cada muestra son 0, 20, 40 y 60%. Para esto, se miden esfuerzos residuales en tres puntos diferentes dentro del espesor de cada muestra. Se utiliza un equipo de difracción de rayos X, y mediante el método de sen²(ψ) se estiman los esfuerzos residuales a partir de las tensiones medidas en cada muestra. Además, para poder medir estos esfuerzos a diferentes espesores se hace uso de un equipo de electropulido, el cual permite retirar material sin alterar la superficie. Los resultados entregan esfuerzos residuales de compresión en el recubrimiento de las cuatro muestras, concentrándose principalmente en la superficie. Además, dentro del sustrato se manifiesta una relación lineal entre la magnitud de esfuerzos residuales y el aumento del porcentaje de alúmina presente, sin embargo, la muestra con 60% de alúmina presenta resultados lejos de esta tendencia. Dentro de la superficie del recubrimiento se encuentran los valores mayores de esfuerzos residuales de compresión, y corresponden a la muestra con 40%de alúmina. La razón por la cual la muestra con mayor porcentaje de alúmina presenta menores esfuerzos residuales. A pesar de la inconsistencia que generan esta muestra, sí se encuentra una relación lineal entre los esfuerzos residuales y el porcentaje de alúmina aplicada en el recubrimiento. Por último, se define el mejor electrolito para pulir las muestras, el cual corresponde a una mezcla de etanol y ácido perclórico en relación 8:1. Además, el mejor método encontrado para determinar los esfuerzos residuales es el método de sen²(ψ).