Estudio del efecto del espesor en el perfil de esfuerzos residuales de un recubrimiento de cold spray mediante análisis de elementos finitos

Abstract

El estudio investiga cómo el espesor influye en los perfiles de esfuerzo residual de recubrimientos de aluminio aplicados sobre un sustrato de aluminio mediante cold spray, utilizando análisis de elementos finitos (FEA). El esfuerzo residual es crucial para la adhesión del recubrimiento, su vida útil a fatiga y la susceptibilidad a la delaminación en cold spray y thermal spray. A pesar de su relevancia, el análisis predictivo de estos esfuerzos, capa por capa, sigue siendo insuficientemente explorado. Esta investigación introduce una metodología numérica para analizar la progresión de los esfuerzos residuales a través de diferentes eficiencias de deposición (10%, 40%, 60% y 100%) y espesores de capa, considerando tanto los impactos del cold spray como la deposición posterior de múltiples capas.

Los resultados muestran que el número de capas depositadas afecta significativamente los perfiles de esfuerzo residual, con esfuerzos residuales compresivos en los recubrimientos y esfuerzos de tracción a mayor profundidad en el sustrato. El esfuerzo residual cerca de la última capa depositada refleja el efecto de peening esperado. El estudio concluye que el número de capas depositadas influye notablemente en los perfiles de esfuerzo residual, con esfuerzos residuales compresivos más altos cerca de la última capa, lo que evidencia el efecto de peening inherente al proceso de cold spray.

En el sustrato, se observan esfuerzos de tracción a aproximadamente 0.03 mm de profundidad, consistentes con la literatura, aunque con algunas discrepancias atribuibles a los parámetros de deposición y efectos térmicos no considerados. En la interfaz entre el sustrato y los recubrimientos, prevalece un alto esfuerzo residual compresivo, en contraste con el proceso de shot peening. Esta diferencia se atribuye a la unión entre las capas de recubrimiento y el sustrato. Aunque el modelo se alinea generalmente con datos teóricos y algunos empíricos, las discrepancias subrayan la necesidad de validación experimental adicional.

Este estudio proporciona una base para decisiones informadas en procesos de cold spray, mejorando la integridad y el rendimiento del recubrimiento. Futuros trabajos deben considerar los parámetros de deposición y los efectos térmicos para profundizar en la comprensión de los perfiles de esfuerzo residual en los recubrimientos de cold spray.