Estudio de la deformación del impacto de partículas de cobre de distinto diámetro y a distintas velocidades.

Abstract

Dentro de los procesos de manufactura, los métodos de proyección térmica son utilizados tanto para reforzar, recubrir y reparar componentes. Lo anterior se logra mediante la deposición de material por sobre un sustrato de trabajo. En términos generales, estos procesos consisten en calentar un conjunto de partículas para luego acelerarlas a altas velocidades mediante un gas y hacerlas impactar sobre el mencionado sustrato, logrando la adhesión de las mismas y las capas de material buscadas. El Cold Spray corresponde a un método de proyección térmica, que destaca por el hecho de que en comparación a los otros métodos se realiza a bajas temperaturas, bajo la temperatura de fusión del material. Lo anterior le entrega diversas ventajas comparativas, como lo son el disminuir la oxidación y el no alterar las propiedades mecánicas de los materiales. A pesar de ser considerada una técnica prometedora, el Cold Spray presenta diversos desafíos, causados principalmente por el bajo tiempo en el que ocurre el impacto, lo que provoca que el estudio experimental se torne complejo. Bajo este contexto, el estudio numérico ha surgido como respuesta para poder caracterizar el proceso, entender los fenómenos que ocurren durante el impacto y los parámetros que lo afectan. En el presente trabajo, se realizaron simulaciones numéricas computacionales para estudiar la deformación causada por el impacto de partículas de cobre sobre un sustrato de cobre. Para realizar lo anterior, se utilizó el software de elementos finitos Abaqus/Explicit. Se estudió la influencia que tiene el tamaño de partícula en el impacto, manteniendo la temperatura inicial de la partícula y variando también las velocidades de impacto. Se obtuvieron resultados para la deformación plástica equivalente, la energía cinética y el esfuerzo durante el proceso de impacto. Sumado a esto, se realizó un análisis cualitativo del impacto y se utilizaron los resultados numéricos para analizar mediante métodos analíticos las energías de rebote y de adhesión. Finalmente, se concluyó que el parámetro que más influye en el proceso corresponde a la velocidad de la partícula. Sumado a esto, se pudo apreciar la importancia que tiene el optimizar el mallado para la simulación con el fin de poder encontrar un correcto balance entre calidad de los resultados y el costo computacional. Finalmente, se realizó un análisis cualitativo tanto de las curvas obtenidas como del impacto mismo, en los cuales se pudieron apreciar fenómenos representativos del Cold Spray como los son el Adiabatic Shear Instability y el jetting.