Simulación del efecto de la morfología de partículas de cobre en su deformación en el proceso de Cold Spray

Abstract

Cold Spray es un proceso de manufactura aditiva en el cual partículas de un material son impactadas a altas velocidades sobre un sustrato, lo que genera la adhesión de las partículas y la formación de un recubrimiento. Este proceso es empleado para el refuerzo y reparación de superficies, principalmente en la industria aeroespacial. Debido a la elevada velocidad a la que ocurre el proceso es imposible realizar mediciones de este, por lo cual se emplean simulaciones numéricas para poder apoyar los estudios. En Cold Spray existe una gran cantidad de trabajos de simulaciones de partículas esféricas, pero existen pocos trabajos con simulaciones con otras morfologías de partículas. Por este motivo en este trabajo se estudia el efecto de la morfología dendrítica de las partículas de cobre en la deformación, temperatura y esfuerzo del impacto a través de simulaciones 2D empleando el programa ABAQUS. Las simulaciones del impacto de la partícula dendrítica se comparan con el impacto de una partícula esférica de cobre con el objetivo de entender las diferencias observadas y sus posibles razones. El trabajo contempla la adquisición de imágenes de las secciones transversales de polvos dendríticos de los cuales se identifican 4 partículas. Las partículas son digitalizadas y escaladas para que puedan ser comparadas con un partícula esférica de 25 µm de diámetro. Las partículas digitalizadas son incluidas en modelos en los cuales se simula el impacto de las partículas rotadas en 4 ángulos distintos a una velocidad de 600 m/s para los casos en que hay y no hay adherencia. Los resultados de las simulaciones muestran una tendencia en la cual la relación de aspecto es inversamente proporcional a la deformación y temperatura de la partícula. Se observan diferencias en la distribución del esfuerzo en el impacto lo que sugiere uniones localizadas y dependientes de la posición de impacto. Además, se muestra que para una misma partícula el promedio de la deformación y temperatura es similar al de la partícula esférica pero con una posible eficiencia de deposición más baja.