Analysis of the Cold Spray method for maintenance and overhaul of aeronautical Ti components

Abstract

La principal aplicación del titanio (Ti) y sus aleaciones se encuentra en la industria aeronáutica [1–3]. Este hecho se debe a que este material posee una resistencia mecánica alta y buena resistencia a la corrosión además de tener una densidad baja en comparación con otros materiales de alta resistencia, como el acero [4]. Estas propiedades hacen que el Ti resulte atractivo para fabricar componentes de aviones en los que se necesitan materiales que resistan condiciones mecánicas y ambientales severas y al mismo tiempo introduzcan el mínimo peso para facilitar el despegue y ahorrar combustible. La aleación de Ti-6Al-4V es una de las más utilizadas en aeronáutica y se encuentra formando parte por ejemplo de piezas de motor (en la zona de presiones bajas), del tren de aterrizaje, en la cabeza del rotor de helicópteros, en partes estructurales, tornillos, largueros de las alas, o el cajón del ala [1,2,5,6]. Sin embargo, el uso del Ti está limitado por su alto coste, que se debe fundamentalmente a su dificultad para extraerlo de la naturaleza [4]. El aumento del ciclo de vida de los componentes aeronáuticos es una de las soluciones que permite reducir sus costes. Por este motivo, el desarrollo de tecnologías de reparación adecuadas fiables y respetuosas con el medio ambiente tiene un gran interés dentro de la industria aeronáutica. Una de las causas que provocan fallos en piezas de aviones está relacionada con el desgaste mecánico [7]. Además, otros motivos de fallo frecuentes se deben a procesos de fatiga, corrosión o sobrecarga. El desgaste mecánico se refiere a la pérdida o desplazamiento de material en un componente provocado por la acción mecánica de un sólido, un líquido o un gas que se encuentra en contacto y en movimiento relativo con dicho componente [8,9]. El desgaste consiste en un deterioro progresivo de los materiales y puede dar lugar a cambios dimensionales o de forma debido a la perdida de material. Los fallos debidos a vibraciones y oscilaciones entre componentes son habituales en aeronáutica [10–13]. El modo de desgaste conocido como “fretting” es típico en uniones entre piezas y puede ser muy agresivo, ya que está combinado habitualmente con desgaste oxidativo [8,14]. Este tipo de prcesos pueden tener lugar en los componentes de metales ligeros utilizados en rotores de helicópteros, las cajas de cambios o en cualquier tipo de unión entre componentes. Cuando un componente aeronáutico se deteriora, es necesario restaurarlo. La restauración se puede hacer, o bien reemplazando la pieza, o bien reparándola para volver a utilizarla. La opción más segura siempre es reemplazar las piezas completas. Sin embargo, esta operación no es la más adecuada debido, por un lado, a los costes que supone sustituir grandes piezas de material, y por otro lado por el impacto negativo que se produce sobre el medio ambiente al desechar las piezas defectuosas. Las reparaciones permiten reutilizar las piezas dañadas reduciendo costes y la degradación del medio ambiente [15]. Como consecuencia, el desarrollo de las operaciones de mantenimiento y reparación de componentes es necesario en aeronáutica para prolongar el uso de las las piezas y poder así reducir costes. Además, estas operaciones son muy importantes debido a que deben asegurar el buen funcionamiento y, por lo tanto, la seguridad en el avión. En este sentido la utilización de tecnologías de reparación insitu, en el lugar en el que está acoplado el componente, también es preferible frente a las ex-situ para reducir costes