Lección 11.11RecubrirCapítulo 11 · Recubrimientos y acabado superficial

Proyección en frío (cold spray)

Granos de metal sólido se sueldan por pura velocidad

La proyección en frío dispara polvo de metal sólido contra una pieza tan rápido que los granos se sueldan al impactar, sin llegar a fundirse. Piensa en ella como la proyección térmica (Proyección térmica) sin la llama. Repara piezas desgastadas de aviones y barcos, e incluso puede construir piezas metálicas enteras capa a capa.

Foto: Александр Шоринов, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons

Proyección en frío · calentador, alimentador de polvo, tobera supersónica, detalle del impactoArriba se ve la pistola desde el calentador hasta la tobera; el detalle muestra lo que ocurre en el impacto. Los números en círculo corresponden a los pasos de abajo.

Cómo funciona

Calienta el gas. Nitrógeno o helio a alta presión (a menudo decenas de veces la presión normal del aire) se calienta, normalmente a unos pocos cientos de grados y como mucho a unos 1.000 °C. Eso queda muy por debajo del punto de fusión del polvo.
Añade el polvo. Un alimentador dosifica finos granos de metal, normalmente de unos 10–50 µm de diámetro, en la corriente de gas.
Acelera. Una tobera convergente-divergente (una que se estrecha y luego se ensancha, llamada tobera de Laval) hace supersónico el gas. Arrastra los granos hasta unos 500–1.000 m/s.
Impacto y unión. Cada grano sólido se aplasta al impactar. El choque rompe su fina piel de óxido, y el metal limpio se prensa contra metal limpio y se suelda en estado sólido (sin fundirse).
Acumula y mecaniza. Un robot barre la pieza con la tobera, y los granos se amontonan en un depósito denso de desde una fracción de milímetro hasta varios centímetros. Como es rugoso, el depósito se mecaniza después hasta darle forma.

Datos clave

Materiales: Metales dúctiles: aluminio, cobre, titanio, níquel, tántalo, aceros; algunas mezclas de metal y cerámica. Los polvos duros y frágiles se proyectan mal
Piezas típicas: Carcasas y ejes reparados, recubrimientos anticorrosión, capas de cobre, toberas de cohete, anillos
Tamaño de pieza: Desde pequeñas reparaciones hasta depósitos de varios centímetros de espesor en piezas grandes; limitado por el alcance del robot
Precisión: Basto tal como se proyecta, de unos ±1 mm; la forma final se logra mecanizando
Acabado superficial: Rugoso y mate tal como se proyecta; las superficies mecanizadas parecen metal macizo
Tamaño de lote adecuado: Reparaciones, piezas únicas y series pequeñas; recubrimientos de producción
Coste de utillaje y máquina: Sin moldes; los sistemas suelen costar cientos de miles de dólares, más el gas (el helio es caro)
Velocidad: Deposición rápida, normalmente kilogramos por hora para aluminio o cobre

Ventajas y límites

Ventajas

Sin fusión: sin oxidación y con poco daño por calor a la pieza
Depósitos densos, desde recubrimientos hasta aportes gruesos
Puede unir metales difíciles de soldar entre sí
Rápida y buena para reparaciones in situ

Límites

Solo funciona con metales dúctiles (que se pueden doblar)
Forma tosca casi final que hay que mecanizar
Línea de visión, como cualquier proyección
El helio de máxima calidad es caro, y el chorro es muy ruidoso

Dónde se usa

Aeroespacial y defensaRestauración de carcasas de cajas de cambios de magnesio y aluminio corroídas
EspacioCapas de cobre y níquel para toberas de motores cohete
Electrónica y energíaCobre sobre aluminio para disipadores de calor y contactos eléctricos
Petróleo, gas y marinaCapas resistentes a la corrosión, reparación de ejes y válvulas
FabricaciónConstrucciones aditivas de anillos, bridas y piezas de forma casi final

Cómo reconocerlo

Un aporte de metal grueso y denso sobre una pieza vieja, a menudo de un metal distinto al de la propia pieza.
Sin tonos de calor, cascarilla ni quemaduras alrededor de la zona reparada, a diferencia de la soldadura.
Tal como se proyecta, una superficie rugosa y mate como papel de lija grueso; tras el mecanizado, metal liso.
Bajo el microscopio, granos aplastados muy apretados y casi sin poros.

Compáralo con

Proyección térmica11.10funde primero el material y deja más poros y óxidos; la proyección en frío lo mantiene sólido.Soldadura por explosión7.8la misma idea de soldar por impacto violento, pero con placas enteras en vez de granos diminutos.Deposición por energía dirigida8.7también construye o repara piezas metálicas, pero fundiendo polvo con un láser.

Míralo

TWI Ltd · Expertos explican el proceso, los materiales y los equipos

Impact Innovations | Cold Spray Made In Germany · Cobre y níquel proyectados y luego mecanizados hasta formar una tobera de cohete

UTBM Université de Technologie Belfort-Montbéliard · Un laboratorio universitario construyendo una pieza metálica con proyección en frío

3DPrint.com · Un robot proyectando un imán dentro de un cilindro

Ver fotos reales

Wikipedia: Proyección en frío — historia, velocidades, gases y usos; sobre todo texto, pocas fotos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

La proyección en frío suelda granos de metal sólido por pura velocidad, sin fundirlos.
Necesita metales dúctiles y una tobera supersónica.
Destaca en reparaciones y en aportes de metal gruesos y densos.