Análisis teórico y simulado del impacto de partículas de alúmina sobre aluminio en Cold Spray

Abstract

Los procesos industriales y productivos se encuentran en constante mejora a partir de los desarrollos científicos y tecnológicos. Algunas investigaciones logran hacer procesos más eficientes, otras mejoran la capacidad, otras incluso permiten que diseños inviables se vuelvan realidad en condiciones de operación que dificultaban su realización. Dentro de las múltiples maneras de mejorar las propiedades de un material está la posibilidad de sólo mejorar su comportamiento en la superficie, aumentando su desempeño respecto de su medio inmediato. Esto se puede lograr mediante diferentes métodos, sin embargo, para esta tésis resulta particularmente interesante el proceso de cold spray. El proceso cold spray consiste en una técnica de generación de recubrimientos mediante el impacto de partículas a gran velocidad contra una placa, pieza o componente. La acumulación de estas partículas superficialmente otorga una mejora en las propiedades frente a fenómenos como corrosión o abrasión. Un aspecto clave de estos recubrimientos radica en su unión, tanto entre las partículas en el espesor de la capa como respecto de la pieza (denominada sustrato). Este trabajo supone estudiar el comportamiento de las variables asociadas al impacto de las partículas de alúmina mediante simulaciones computacionales para luego generar predicciones sobre recubrimientos ya realizados. Esta investigación propone como objetivo principal estudiar mediante una simulación en el software ABAQUS la generación de material fundido en impactos de partículas de alúmina sobre sustratos de aluminio. Para esto se estudia el comportamiento de la simulación modificando el tamaño y velocidad de la partícula. Los rangos utilizados corresponden a valores de recubrimientos reales. El propósito es estudiar este fenómeno debido a la ausencia de de consenso científico y generar un antecedente desde el cual profundizar el conocimiento del comportamiento de materiales en deformaciones rápidas. Del estudio se concluye que sí están las condiciones para que ocurra fusión. Se determinan diámetros y velocidades mínimas para que esto ocurra y se determina que de forma aproximada un 43% de las partículas en proporción volumétrica lograron generar material fundido en su impacto.