Simulación computacional de deposición de partículas y evaluación de la dureza de un recubrimiento de cobre y aluminio producido por Cold Spray

Abstract

Cold Spray es una técnica de manufactura aditiva cuyo fin es producir un recubrimiento, ya sea para restaurar o manufacturar una pieza. Para esto se utilizan micropartículas las que se aceleran con gas impactando en el sustrato a alta velocidad. Dado que en el proceso no se eleva la temperatura para depositar el recubrimiento final posee una baja tasa de producción de óxido. Dado la naturaleza de la deposición, los efectos de deformación y posterior adherencia de las partículas ocurren en escala nanotemporal; por lo cual es muy complejo evidenciar experimentalmente el proceso. Por esta razón se recurre a la simulación numérica para evaluar y/o predecir las propiedades de un recubrimiento. Bajo esta premisa de evaluar nace el título de este trabajo en el cual se estudia la dureza Vickers de un recubrimiento de cobre y aluminio depositado sobre un sustrato de aluminio 6061-T6. El objetivo de este trabajo fue evaluar la capacidad de una simulación computacional para obtener la dureza de un recubrimiento cobre- aluminio. Para lograr este objetivo se utilizó el programa ABAQUS simulando la deposición de partículas de Cobre y Aluminio. Para dicha simulación se disponía de información experimental de la deposición, la que se complementó con estudios previos para realizar una validación inicial con un modelo de similares características. Posteriormente se simuló la deposición de partículas esféricas de aluminio y cobre de 25μm y 10μm respectivamente; esta nos entregó resultados de las deformaciones plástica que sufren las partículas. A partir del modelo de esfuerzo-deformación de Hollomon se estimó el esfuerzo de fluencia para finalmente por medio de relaciones empíricas calcular la dureza del recubrimiento. Al comparar los resultados numéricos con los experimentales, se obtuvieron diferencias del orden de 4% y 12.8 %. Entre las principales conclusiones se obtuvo que a mayor deformación plástica de las partículas mayor es el esfuerzo de fluencia y a su vez es mayor la dureza del recubrimiento. De esta manera es posible realizar simulaciones numéricas que entreguen aproximaciones sobre la dureza de los recubrimientos multi-material obtenidos mediante Cold Spray.