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Proyección térmica para el desarrollo de recubrimientos de altas prestaciones tecnológicas

Proyección térmica para el desarrollo de recubrimientos de altas prestaciones tecnológicas

La proyección térmica está en continuo desarrollo: nuevos y mejores recubrimientos acompañan el avance en sectores como el naval, aeroespacial, biomédico, petroquímico, bienes de consumo y energías alternativas, entre otros. Mediante esta técnica se depositan partículas de un material sobre un substrato al que se quiere cambiar sus propiedades. Existen procesos de proyección térmica convencional como la proyección por plasma, por llama, por arco y por alta velocidad (HVOF) así como en estado sólido como es la proyección térmica fría, o Cold Gas Spray (CGS). 
Una de las principales funciones de estos recubrimientos es la de proteger a distintos tipos de substratos frente al desgaste, la abrasión, corrosión y ataque químico, entre otros, a los que son muy sensibles.
La gran ventaja de la proyección térmica es que permite depositar un amplio rango de materiales, teóricamente cualquiera que no se descomponga previamente a la fusión, como por ejemplo la alúmina o la zirconia. Permite recubrir también materiales tridimensionales, realizando varias pasadas con la pistola para que quede suficientemente uniforme debido a la geometría del haz.
El material a proyectar puede estar inicialmente en forma de polvo o varilla, y se proyecta debido a la presión que se ejerce sobre un gas inerte que se encuentra en su interior, por ejemplo, argón o helio. Previamente el substrato debe ser limpiado y preparado con un granallado con corindón sintético para facilitar la adhesión del material debido a la rugosidad que produce. 
Dependiendo de la forma en que se funda el material destacan cinco técnicas: proyección de polvo por llama (FS), proyección por alta velocidad (HVOF), proyección de hilo por arco eléctrico (AS) y proyección por plasma atmosférico (APS) así como la más reciente de Proyección Fría (Cold Gas Spray).
•    La más antigua, que data de 1917, es la proyección por llama (Flame Spray o FS). El material que se quiere depositar atraviesa la pistola en forma de polvo, y allí se funde en una llama resultante de la combustión entre un gas comburente (oxígeno, O2) y un gas combustible (acetileno, C2H2, hidrógeno H2 y propano C3H8). Finalmente, mediante una corriente de aire las gotas alcanzan el substrato, donde solidifican dando lugar al recubrimiento.
•    La proyección térmica de alta velocidad (HVOF) se diferencia de la proyección por llama principalmente en el caudal de gases de combustión, siendo mucho mayor en la de alta velocidad. Sin embargo, estos caudales deben ser evacuados por cañones de proyección de dimensiones muy similares. Esto provoca un rápido aumento de la presión en el interior de la cámara de combustión que hace que los gases se aceleren de forma violenta, de ahí su nombre. Esto genera una potencia de combustión mucho mayor que en la proyección por llama ordinaria. Se consiguen velocidades superśonicas que pueden alcanzar 1-2 Mach según la densidad del material aportado.
•    La técnica de proyección de hilo por arco eléctrico (AS), se usa para depositar metales  en largas series de producción. También se utiliza una pistola, en cuyo interior están situados dos alambres metálicos cargados eléctricamente de forma opuesta que se funden por medio de un arco eléctrico. El material fundido se proyecta sobre la superficie por un chorro de aire comprimido e impulsado contra ésta. 
•    La técnica de proyección por plasma atmosférico (APS) permite trabajar con una gran cantidad de materiales, incluyendo los cerámicos. En el interior de la pistola empleada para la proyección hay dos electrodos entre los cuales existe una corriente que ioniza el gas inerte en el que están inmersos, dando lugar al plasma. El material a depositar, que es inyectado en forma de polvo en el haz de plasma, se acelera, a la vez que se va fundiendo debido a la elevada temperatura del plasma. Se alcanzan temperaturas superiores a los 10.000 ºC.
•    La técnica de proyección fría o Cold Gas Spray (CGS) es un proceso de deposición de polvo en estado sólido que presenta varias características únicas que permiten la producción de recubrimientos o de conformados a partir de un amplio rango de materiales. En la tecnología CGS el material proyectado no es calentado hasta su fusión parcial o total sino que es acelerado hasta velocidades supersónicas para conseguir su deformación plástica durante el impacto con el substrato. Una de las grandes ventajas de esta tecnología es el alivio de los problemas asociados con la alta temperatura como pueden ser oxidaciones o cambios estructurales no deseados o incluso tensiones residuales a compresión.
Son muchas las empresas españolas que desarrollan continuamente nuevos recubrimientos. Este sector tiene una producción de unos 45 millones de toneladas y un gasto anual de unos 16 mil millones de euros.
En el área pública destacamos el Centro de Proyección Térmica de la Universidad de Barcelona, que trabaja desde 1994 en la ingeniería de superficies y dispone de todas las herramientas necesarias para realizar los procesos arriba mencionados incluida la nueva tecnología de proyección fría (CGS) que obtiene recubrimientos con la misma estructura que la del polvo original que si es nanoestructurado, también lo es el recubrimiento.
Uno de sus trabajos ya finalizados es el iNanospray, un producto inteligente y eficiente, basado en la robótica y en la automatización, a partir del cual se depositan agregados de partículas nanoestructuradas para incrementar la resistencia al desgaste, además de otras propiedades.
Ahora están desarrollando, entre otros proyectos, uno europeo bajo el nombre HIDROBOND Project, que consiste en la fabricación de un recubrimiento hidrófobo capaz de inhibir la formación de hielo sobre las palas de las turbinas de aerogeneradores, lo que garantizará la funcionalidad de las palas en climas gélidos.
Si quieres saber más acerca de estos proyectos, o te ha surgido alguna duda, ponte en contacto con nosotros y la aclararemos juntos.

 

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