Lección 11.10RecubrirCapítulo 11 · Recubrimientos y acabado superficial

Proyección térmica (plasma, HVOF, arco)

Gotas fundidas disparadas contra una pieza se apilan en una capa

La proyección térmica funde un material de recubrimiento en diminutas gotas y las dispara contra una pieza. Se aplastan al impactar y se apilan en una capa gruesa. El zinc proyectado protege puentes de acero, la cerámica proyectada protege del calor piezas de motores a reacción y el metal proyectado recupera ejes desgastados.

Foto: zircotec.com, Attribution, vía Wikimedia Commons

Proyección térmica · pistola de plasma, salpicaduras de gotas, tres fuentes de calorArriba se ve una pistola de plasma en funcionamiento; el detalle ampliado muestra cómo se forma el recubrimiento. Los números en círculo coinciden con los pasos de abajo.

Cómo funciona

Prepara la superficie. La pieza se limpia, las zonas que deben quedar desnudas se enmascaran y la superficie se granalla con arenilla (se proyecta arenilla dura) para hacerla rugosa. La superficie rugosa da a las gotas un sitio al que agarrarse.
Funde el material. La pistola funde polvo o hilo. Una pistola de plasma usa un arco eléctrico para convertir un gas en plasma (un gas con carga eléctrica) a unos 10.000 °C. Las pistolas HVOF (oxicombustible de alta velocidad) queman combustible con oxígeno, y las pistolas de arco con hilo funden dos hilos metálicos con un arco eléctrico.
Dispara las gotas. El chorro de gas caliente lanza las gotas fundidas contra la pieza a cientos de metros por segundo.
Se aplastan y solidifican. Cada gota golpea, se aplasta en una fina torta llamada salpicadura (splat) y solidifica casi al instante. La propia pieza se mantiene bastante fría, a menudo por debajo de unos 150 °C.
Acumula y acaba. Un robot barre la pistola de un lado a otro, así que las salpicaduras se apilan en un recubrimiento normalmente de 0,1–1 mm de espesor. La superficie sale rugosa, así que las piezas de precisión se rectifican o se pulen después.

Datos clave

Materiales: Metales (zinc, aluminio, acero inoxidable, aleaciones de níquel), carburos (carburo de wolframio-cobalto), cerámicas (alúmina, circonia), algunos plásticos
Piezas típicas: Ejes, rodillos, álabes de turbina, tubos de caldera, piezas de bombas, implantes, puentes
Tamaño de pieza: De pequeños implantes a puentes y depósitos de almacenamiento enteros; la pistola solo necesita alcanzar la superficie
Precisión: Recubrimientos de aproximadamente 0,05–3 mm de espesor, unos ±0,05 mm tal como se proyectan; más ajustados tras el rectificado
Acabado superficial: Mate y rugosa tal como se proyecta, como papel de lija fino; los carburos se pueden rectificar hasta un acabado espejo
Tamaño de lote adecuado: De reparaciones únicas a series de producción de piezas aeroespaciales y de automoción
Coste de utillaje y máquina: Miles de dólares por una pistola de llama o de arco; a menudo cientos de miles por una celda de plasma o HVOF con robot y cabina
Velocidad: Normalmente varios kilogramos de recubrimiento por hora; una pieza lleva de minutos a horas

Ventajas y límites

Ventajas

Recubrimientos gruesos, de hasta varios milímetros
Casi cualquier material que funda: metales, cerámicas, carburos
La pieza se mantiene bastante fría, así que no se deforma ni pierde su tratamiento térmico
Recupera piezas desgastadas o mal mecanizadas

Límites

Línea de visión: la pistola debe ver la superficie, así que los agujeros profundos son difíciles
Los recubrimientos contienen pequeños poros y se agarran mecánicamente en lugar de fusionarse
Rugosa tal como se proyecta; las piezas de precisión necesitan rectificado
Ruidosa, polvorienta y brillante: necesita una cabina sellada o un robot

Dónde se usa

AeroespacialCerámica de barrera térmica en álabes de turbina, carburo duro en trenes de aterrizaje
InfraestructurasZinc y aluminio contra el óxido en puentes, torres eólicas y depósitos
EnergíaCapas resistentes a la corrosión en tubos de caldera y piezas de bombas
Papeleras y aceríasRecubrimientos de carburo duro en grandes rodillos
MedicinaTitanio poroso o hidroxiapatita (un mineral parecido al hueso) en implantes de cadera, para que el hueso crezca en ellos
ReparaciónRecuperación de ejes, asientos de rodamientos y carcasas de bombas desgastados

Cómo reconocerlo

Un recubrimiento mate y algo rugoso, a menudo gris, que se siente como papel de lija fino.
Bordes del recubrimiento que se detienen en una línea de enmascarado nítida.
Al microscopio, una estructura en capas, parecida a tortitas, con pequeños poros.
Una banda de carburo rectificada y brillante como un espejo en un eje o un rodillo, de distinto color que el acero que la rodea.

Compáralo con

Proyección en frío (cold spray)11.11dispara partículas que siguen sólidas y se sueldan al impactar; la proyección térmica las funde primero.Galvanizado en caliente11.4recubre el acero con zinc sumergiendo toda la pieza; el zinc proyectado sirve para estructuras enormes o fijas.Deposición por energía dirigida8.7funde polvo con un láser hasta una capa metálica totalmente fusionada; las salpicaduras de la proyección térmica se agarran mecánicamente.

Míralo

Austchrome · Cómo una pistola HVOF hace recubrimientos densos y duros

Curtiss-Wright Surface Technologies · Todo el proceso de taller: enmascarado, granallado, proyección con robot

MTU Aero Engines · Robots proyectando plasma sobre piezas de motores a reacción

Alec Steele · Proyección por llama, por arco y de polvo probadas en un taller

Ver fotos reales

Wikipedia: Proyección térmica — todas las variantes (plasma, HVOF, arco con hilo, llama) y usos, con enlaces a fotos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

La proyección térmica funde material, dispara las gotas contra una pieza y deja que se apilen en un recubrimiento.
Los recubrimientos son gruesos (normalmente de 0,1–1 mm) y rugosos, pero la pieza se mantiene bastante fría.
Las pistolas de plasma, HVOF y de arco con hilo se diferencian sobre todo en cómo generan el calor.