Chuquilla Toaquiza Andr´es es Eduardo 03/01/2018 Deber GR2
´ ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ´ ´ MECANICA FACULTAD DE INGENIER IA DESGASTE Y FALLA
Metodos e´ todos de protecci on o´ n contra el desgaste 1
Electr Electrod odepo eposic sicii on o´ n
La electrodeposici´on on es el recubrimiento de una superficie el´ectricamente ectricamente conductora mediante la aplicaci´ aplicacion o´ n de un potencial el ectrico e´ ctrico en una soluci on o´ n adecuada que contiene los iones de los metales que se van a depositar. El electrodo a recubrir es el c atodo. a´ todo. El anodo a´ nodo puede ser del tipo soluble, de modo que suministra iones met alicos a´ licos a la soluci on. o´ n. Alternativamente, el anodo a´ nodo puede ser insoluble, en cuyo caso los iones de los metales que se han de depositar deben agregarse continuamente o peri´odicamente a la soluci´on on de recubrimiento para compensar el agotamiento. El cromo, niquel y los metales preciosos y blandos son los principales materiales usados para recubrir el material base. Este recubrimiento recubri miento tiene ti ene dos categor´ıas ıas principales. princi pales. Los revestimientos revestimien tos duros, que se usan normalnor malmente mente para para resist resistir ir muchas muchas forma formass de desga desgaste ste,, como como los que que implic implican an abras abrasiv ivos, os, adhesi adhesivo voss y proce procesos sos de erosion. o´ n. Y los recubrimientos blandos, que se aplica en superficies de apoyo para proporcionar una baja resistencia al corte. Normalmente se usan a temperatura ambiente y cargas bajas. Los revestimientos revestimientos que se usan para controlar la fricci on o´ n y el desgaste se pueden depositar electroqu´ımicamente ımicamente con o sin si n una corriente corrient e aplicada externamente. extern amente. La deposici ´on on sin una corriente externa se llama enchapado no electrol´ electrol ´ıtico ıtico [1].
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Anod Anodiz izad ado o
El anodizado se usa para mejorar la resistencia a la corrosi on o´ n y la apariencia del aluminio y se logra haciendo que las partes a tratar sean el anodo a´ nodo en un ba no n˜ o electrol´ electrol´ıtico ıtico como el acido a´ cido sulf ´ sulf urico. u´ rico. Este proceso produce un revestimiento duro y adherente de ´oxido de aluminio, generalmente de 0.4 mil (0.01 mm) de espesor o m´ m as. a´ s. Los tratamientos con fosfato y cromato brindan una resistencia a la corrosi on o´ n temporal y generalmente proporcionan una base para pintar. Los cromatos son extremadamente eficaces y ampliamente utilizados como inhibidores de la corrosi on o´ n para aleaciones de Al de alta resistencia en aplicaciones aeroespaciales. Las propiedades combinadas de almacenamiento, liberaci´on, on, migraci´on on y reducci´on on irreversible irreversible proporcionadas por los recubrimientos de cromato subyacen a su sobresaliente protecci on o´ n contra contra la corrosi´ corrosi´on. on. La pel´ pel´ıcula ıcula es incolora en aluminio puro y tiende a ser gris o coloreada en aleaciones que contienen silicio, cobre u otros constituyentes. Para proporcionar una apariencia de color uniforme despu es e´ s del anodizado, se debe especificar el grado AQ (calidad de anodizado) en ciertas aleaciones. Cuando la apariencia es la principal preocupaci on, o´ n, l´ laminas a´ minas de aluminio 5005 y extrusiones tipo 6063 son preferidas para la anodizaci´on. on. Si se desea un acabado coloreado, el art´ıculo ıculo electrol´ e lectrol´ıticamente ıticament e oxidado oxidad o se puede tratar con una soluci on o´ n de colorante. Se debe tener cuidado al seleccionar el tinte cuando la pieza estar´a expuesta a la intemperie, ya que no todos han demostrado ser resistentes al color. La coloraci´ coloracion o´ n electrol´ electrol´ıtica ıtica de dos etapas, producida por el primer anodizado claro y luego depositando electrol´ electrol´ıticamente ıticamente otro oxido o´ xido de metal, puede producir tonos de bronce, borgo na n˜ a y azul. El aluminio anodizado se utiliza para accesorios de iluminaci on, o´ n, molduras para automoviles, o´ viles, estuches cosm´ cosmeticos e´ ticos y ruedas de aluminio [1].
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Difus fusion o´ n
La difusion o´ n consiste en introducir ´ introducir ´atomos atomos o iones extra nos n˜ os en la superficie del material a proteger. Ejemplos de difusion o´ n son: carburizaci on, o´ n, nitruracion, o´ n, cromado, etc. 1
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Carburizaci´on La carburizacio´ n es un tratamiento de difusi o´ n para aceros bajos en carbono o hierro forjado, cuando se calienta en presencia de material carbonoso a una temperatura suficiente para formar austenita, disolver´a el carbono en la superficie. Cuando se templa hasta formar martensita, la capa de superficie enriquecida en carbono aumenta dr a´ sticamente la dureza que despu e´ s del temple produce una capa resistente al desgaste de 1 o 2 mm (0.04 o 0.08 in) de espesor en un n´ucleo bastante resistente a los golpes. Claramente, este es un proceso atractivo para engranajes y otras partes complejas mecanizadas Nitruraci´on Se puede producir una carcasa muy dura y delgada exponiendo un acero ya templado y revenido a una atmo´ sfera de amon´ıaco a aproximadamente 510 a 540 C, pero por per ´ıodos de 50 a 90 h. El nitro´ geno se difunde en el acero y se combina con fuertes formadores de nitruro como el aluminio y el cromo, que se encuentran caracter´ısticamente presentes en los aceros donde se utilizar´a este proceso. Los nitruros son peque n˜ os y dispersados finamente; dado que el temple no es necesario despu e´ s de la nitruraci o´ n, el control dimensional es excelente y el agrietamiento no es un problema. Las propiedades del n u´ cleo no cambian ya que el revenido a 550 C o una temperatura m´as alta ya ha tenido lugar. Una composici´on de acero t´ıpica es la siguiente: C, 0.2 a 0.3 por ciento; Mn, del 0.04 al 0.6 por ciento; Al, 0.9 a 1.4 por ciento; Cr, 0.9 a 1.4 por ciento; y Mo, 0.15 a 0.25 por ciento. Cromado El cromado de aceros bajos en carbono es efectivo para mejorar la resistencia al desgaste al desarrollar una superficie que contiene hasta 40 por ciento de cromo. Algunas operaciones de conformado se pueden llevar a cabo en material cromado. La mayor parte del cromado se logra al empacar el acero que se va a tratar en una mezcla en polvo de cromo y al´umina y luego calentarlo a m´as de 1260 C durante 3 o 4 h en una atm o´ sfera reductora. Otro m´etodo es exponer las partes a tratar a compuestos de cromo gaseoso a temperaturas superiores a 845 C. Las hojas laminadas planas para aplicaciones corrosivas, como los silenciadores autom a´ ticos, se pueden cromar en instalaciones de recocido de bobina abierta [3].
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Metalizado (rociado met´alico)
El proceso de rociado met a´ lico, tambi´en llamado recubrimiento con pulverizaci o´ n t´ermica es el termino gen´erico de un grupo de procesos usados para aplicar recubrimientos met a´ licos o no met´alicos. Este procedimiento es con mucho, el m e´ todo de revestimiento moderno m´as vers´atil en lo que respecta a la econom´ıa, la gama de materiales y el alcance de las aplicaciones. La pulverizaci o´ n t´ermica reduce el desgaste y la corrosi´on y prolonga en gran medida la vida ´util de las piezas al permitir el uso de un material de recubrimiento de alto rendimiento sobre un metal base de bajo costo. Este proceso permite la aplicaci o´ n r´apida de materiales de alto rendimiento en espesores desde algunas mil´esimas de pulgada hasta m a´ s de 25 mm (1 pulgada) en partes de una variedad de tama n˜ os y geometr´ıas. La pulverizaci o´ n t´ermica requiere una preparaci´on m´ınima de metal base, se puede aplicar en el campo y es de baja temperatura (menor a 95 C) en comparaci o´ n con t´ecnicas como la superposici o´ n de soldadura. Se encuentran disponibles m´as de 200 materiales de recubrimiento con diferentes caracter´ısticas de dureza, coeficiente de fricci o´ n, dureza y otras propiedades. Estos materiales se pueden agrupar de la siguiente manera: Metales puros, Aleaciones de metales, Cer a´ mica, Pol´ımeros, Materiales compuestos especiales Todos los procesos de pulverizaci o´ n t´ermica dependen de tres mecanismos operativos b a´ sicos: Calentar un material de recubrimiento en forma de alambre o polvo hasta un estado fundido o pl a´ stico, propulsi´on de part´ıculas del material calentado, e impacto del material en una pieza de trabajo por el cual las part´ıculas se solidifican r´apidamente y se adhieren entre s´ı y al sustrato para formar una capa protectora densa, funcional 2
Chuquilla Toaquiza Andr´es Eduardo 03/01/2018 Deber GR2
Las configuraciones de piezas t´ıpicas incluyen anillos de pist ´on, mu˜nones, cintas transportadoras, horquillas de cambio, matrices de extrusi o´ n, carcasas de transformadores, cascos de barcos, compartimientos de cisternas de buques y puentes colgantes [1].
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Revestimiento con una capa de metal dura resistente a la abrasi o´ n
Los revestimientos de metal duro, tambi e´ n conocidos como cementitas o carburos, son materiales de revestimiento comunes para la prevenci´on del desgaste. Estos son materiales compuestos y consisten en una fracci o´ n de alto volumen de fase de carburo duro, t´ıpicamente carburo de tungsteno (WC), carburo de cromo (Cr3C2) o carburo de titanio (TiC) y una fase de aglutinante met a´ lico, t´ıpicamente cobalto (Co) o n´ıquel (Ni). Para mejorar las propiedades de corrosi o´ n para la fase de aglutinante met´alico, con frecuencia se realiza la aleaci o´ n con cromo (Cr). Los procesos de pulverizaci´on utilizados para estos materiales son plasma, detonaci´on, proyecci´o n t´ermica de alta velocidad HVOF y HVAF, con propiedades de recubrimiento que mejoran tambi e´ n en el mismo orden. Todas las composiciones muestran excelentes propiedades de desgaste. Las composiciones basadas en WC se pueden usar en temperaturas de funcionamiento de hasta 540 C en aire, pero las temperaturas m a´ s altas conducen a la oxidaci o´ n catastro´ fica de WC a WO3. Los metales duros basados en Cr3C2 se pueden usar a temperaturas significativamente m a´ s altas de hasta 900 C en el aire. Los recubrimientos WC-Ni se pueden usar en aplicaciones corrosivas leves y en aplicaciones nucleares [2].
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Tratamiento t´ermico selectivo
Para algunas piezas que no encajan f ´acilmente en un horno, o de las que se desea un endurecimiento u´ nicamente de una porci o´ n de su geometr´ıa; la superficie puede endurecerse preferentemente mediante calentamiento local utilizando llamas, bobinas de inducci o´ n, haces de electrones o l a´ seres. La operaci´on requiere habilidad y experiencia, pero en las manos adecuadas puede resultar en un muy buen control local de la estructura, incluido el desarrollo de tensiones de compresi o´ n superficiales favorables para mejorar la resistencia a la fatiga [3].
Referencias [1] Blau, P. (1991). ASM handbook Vol. 18. Friction, Lubrication, and Wear Technology. Materials Park, OH: ASM International. [2] Hashmi, S., Van Tyne, C., Batalha, G., Button, S., Cameron, D., & Yilbas, B. et al. (2014). Comprehensive materials processing. Amsterdam: Elsevier. [3] Marks, L., Sadegh, A., Avallone, E., & Baumeister, T. (2007). Marks’ standard handbook for mechanical engineers (7th ed.). New York etc.: McGraw-Hill Professional Publishing.
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