Fabricación y comportamiento a desgaste de recubrimientos Al/MoSi2 sobre Al fabricados por proyección térmica

Abstract

Los materiales en la industria sufren un deterioro cuando están sometidos a fricción, lo que produce importantes pérdidas económicas en muchos sectores industriales. Este trabajo pretende contribuir a la búsqueda de recubrimientos que permitan reducir el desgaste de los equipos, alargando así su vida útil, y ahorrando costes de mantenimiento. Los recubrimientos de aleaciones de matriz de aluminio reforzados con cerámicos son muy interesantes, debido a que el aluminio confiere ligereza y tiene buena resistencia a la corrosión y los cerámicos, SiC y Al2O3, mejoran notablemente su comportamiento mecánico, y en especial su resistencia frente al desgaste (1). No todo son ventajas en estos materiales, como es la debilitación del recubrimiento si el material es sometido a ciclos térmicos debido al diferente coeficiente de expansión térmica entre matriz y reforzante; o la elevada abrasividad de los materiales reforzados con cerámicos. Su sustitución por otros refuerzos como los intermetálicos reduciría considerablemente estos efectos adversos y además facilitaría el reciclaje de los materiales, ya que el intermetálico se recicla con la matriz, al contrario de lo que sucede con los cerámicos que han de ser separados previamente (2). Existen varios intermetálicos interesantes como refuerzos a la hora de fabricar aleaciones con matriz de aluminio. Hasta la fecha, con refuerzos intermetálicos se han obtenido materiales compuestos masivos. Una línea de investigación muy importante es la que se basa en el sistema Al-Si (3,4). Existen estudios que han demostrado que añadiendo un porcentaje de Ni3Al, el sistema alcanza la misma resistencia al desgaste que una aleación de Al con cerámicos. Sin embargo se observa una reacción entre el intermetálico y la matriz cuando se ha fabricado el recubrimiento vía colada. En este trabajo se profundiza en una nueva línea de investigación sobre recubrimientos de matriz de aluminio. Los recubrimientos frente a los materiales compuestos masivos presentan dos importantes ventajas; el abaratamiento del proceso y la posibilidad de reparar el recubrimiento in situ. El reforzante empleado es el MoSi2 con el que no se han observado reacciones indeseables como en el caso del Ni3Al (3). El método empleado para la fabricación de los recubrimientos sometidos a estudio es la proyección térmica. Esta técnica es muy utilizada industrialmente debido a la relación entre su coste y la calidad de los recubrimientos obtenidos. En anteriores estudios (2), se han optimizado las condiciones de la proyección térmica para la obtención del recubrimiento. Este proyecto pretende obtener datos acerca del comportamiento de dichos recubrimientos, tras la proyección térmica y después del prensado para reducir su porosidad, sometidos a ensayos de desgaste bajo distintas condiciones de carga. Una vez proyectados los recubrimientos, y antes de ser sometidas las muestras a los ensayos de desgaste, éstas han pasado por una etapa de desbaste, a fin de presentar una superficie homogénea para cada ensayo. El equipo empleado para el ensayo de desgaste es un tribómetro que permite seleccionar la carga a aplicar, así como la velocidad de giro de la probeta. El ensayo de desgaste se denomina ¿ping on disk¿. Este ensayo produce una pista de desgaste sobre el recubrimiento, y el desprendimiento de polvo. La huella formada sobre el recubrimiento se ha analizado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), y mediante microscopía óptica, a fin de determinar el tipo o los tipos de desgaste que se han producido, además de varios factores importantes, como son la porosidad del recubrimiento, el porcentaje real de MoSi2 presente en el recubrimiento, el espesor del recubrimiento, la composición del polvo desprendido durante el ensayo de desgaste así como las dimensiones de la propia huella. Los resultados experimentales obtenidos han demostrado que el empleo de refuerzo (MoSi2) en los recubrimientos prensados de aleación de aluminio mejora sus propiedades en cuanto a, la resistencia al desgaste y dureza y presenta una porosidad similar a la obtenida para recubrimientos de aluminio. Si se comparan los resultados experimentales con los obtenidos en anteriores estudios sobre recubrimientos de aluminio reforzado con cerámicos (SiC), los valores de dureza y tasa de desgaste son similares. Sin embargo, en el caso de los recubrimientos reforzados con MoSi2, la porosidad es mayor, y el grado de refuerzo real obtenido menor, El principal mecanismo de desgaste observado ha sido el desgaste adhesivo, acompañado de un mecanismo de desgaste abrasivo de tres cuerpos, y un proceso de delaminación (para una carga de 10 N). En el caso de aleaciones de aluminio reforzadas con cerámicos, para la misma carga, el principal mecanismo de desgaste es el abrasivo, debido a la mayor dureza de las partículas cerámicas frente a las de MoSi2. Por tanto, los recubrimientos de matriz de aluminio reforzados con MoSi2 pueden suponer una interesante alternativa a los recubrimientos de aluminio, y al aluminio reforzado con cerámicos, teniendo en cuenta que algunos aspectos, como la porosidad y el grado de refuerzo real, han de mejorarse.