INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRÍA EN LA

Unexpo Puerto Ordaz. Getsy Riquezes, Sugehis Liscano, Humberto Jiménez, Arianna Mata
INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRÍA EN LA MICROESTRUCTURA DE LOS RECUBRIMIENTOS CERÁMICOS DE
BASE ZIRCONIA OBTENIDOS POR TERMORROCIADO.
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INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRÍA EN LA MICROESTRUCTURA DE LOS
RECUBRIMIENTOS CERÁMICOS DE BASE ZIRCONIA OBTENIDOS POR
TERMORROCIADO.
Getsy Riquezes, Sugehis Liscano, Humberto Jiménez, Arianna Mata
[email protected], [email protected]
UNEXPO-Pto Ordaz.
Resumen.- La presente investigación se realizó con el
propósito de evaluar la influencia de la granulometría en
las características microestructurales y microdureza de
recubrimientos de base zirconia. Se seleccionaron dos
tipos de polvos con granulometría diferente, los cuales
fueron depositados sobre un substrato de acero inoxidable
AISI 310 mediante la técnica de Termorrociado por
Plasma Atmosférico (APS). Los recubrimientos obtenidos
fueron analizados por las técnicas de Microscopía Óptica,
Microscopía Electrónica de Barrido para la determinación
de espesores y contenido de porosidad, así como la
caracterización de las fases presentes por difracción de
Rayos X. También se llevó a cabo un barrido de
microdureza en la sección transversal de cada
recubrimiento utilizando un indentador Vickers variando
la carga impuesta. Los resultados indican el polvo con
mayor la granulometría incrementa el nivel de porosidad
en el recubrimiento, lo que origina una menor resistencia a
la indentanción.
Palabras Claves.- Recubrimientos, Termorrociado,
Zirconia-Ytria, Granulometría, Microestructura.
I. INTRODUCCION
El Termorrociado es un proceso en el cual partículas
finamente divididas de material metálico o nometálico son depositadas en una condición fundida o
semi-fundida sobre un substrato preparado [1,2,3].
Los recubrimientos termorrociados son económicos,
pueden ser producidos por técnicas relativamente
simples y ofrecen excelente protección contra la
corrosión y el desgaste. Sin embargo, ellos presentan
ciertos defectos que afectan su calidad y que son
inherentes al proceso de termorrociado, tales como:
inclusiones de oxido y microporosidades, originados
durante la formación del recubrimiento [9].
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Estos problemas derivan en una adhesión moderada y
una estructura porosa que restringen su uso en
muchas aplicaciones que involucran medios
corrosivos. Aunque la mayoría de los consumibles
metálicos pueden ser termorrociados como
recubrimientos densos sin porosidad abierta ni
interconectada al sustrato, los recubrimientos
cerámicos inevitablemente contienen porosidad
abierta y usualmente grietas [12].
En la actualidad, la zirconia (ZrO2) es uno de los
materiales de mayor importancia a nivel industrial y
científico debido a sus excelentes propiedades
refractarias, su alta resistencia mecánica y a la
corrosión, así como su gran estabilidad química. La
zirconia presenta una amplia gama de aplicaciones
gracias a sus propiedades, entre estas aplicaciones se
encuentran las vinculadas con varios tipos de
materiales, tales como: refractarios, abrasivos,
pigmentos cerámicos, cerámicas estructurales,
elementos cerámicos de calentamiento, fibras
cerámicas, electrolitos sólidos, sensores de oxígeno y
barreras térmicas.
II. DESARROLLO
1. Método y Materiales
La unidad de observación la constituyen un
sistema de recubrimientos oxido cerámicos del
tipo Zirconia estabilizada con Ytria depositados
por termorrociado por plasma atmosférico sobre
un sustrato de acero inoxidable AISI 310, y en
espesores típicos de procesamiento industrial
para este tipo de material. Se trabajó la
composición: 1) ZrO2–10%Y2O3–18%TiO2; en la
cual se varió la granulometría del polvo para
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obtener dos niveles de porosidad diferente en el
recubrimiento.
Los recubrimientos fueron
fabricados en una empresa de Termorrociado:
PLASMATEC C.A). El equipo de rociado
térmico usado es el modelo Praxair SG-100,
para la determinación de fases, medición de
espesores y porosidad, se emplearon las técnicas
de Microscopia Óptica, (MO), utilizando para
ello un microscopio Olimpus, acoplado a un
sistema de análisis de imagen, Microscopía
Electrónica de Barrido (MEB) (FEY modelo
Quanta600F, y microdureza (Leco AMH300).
Las fases presentes se determinaron por
difracción de rayos X, con un Barrido: 20° a 80°
2 Cátodo: Cu (K); filtro de Ni; 1.54178Å
Velocidad: 0.02°2s Sensibilidad: 5000 °C/s T.C:
1s Slit: 0.2 mm T: 40Kv; I: 20 mA.
2. Resultados y Discusión
2.1 Características Microestructurales
La figura 1, muestra la sección transversal de los
recubrimientos
obtenidos
para las dos
condiciones, se observa una estructura lamelar,
típica de los recubrimientos termorrociados, con
presencia de poros y grietas, característicos de los
mismos. Se observa que los espesores de la capa
de anclaje y de los recubrimientos para la
granulometría (-45 + 15 µm), son mucho más
delgados que los obtenidos bajo la segunda
condición. (-90+15 µm).
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2.2.- Caracterización de las fases:
Los difractogramas, mostrado en las figuras 2 y
3, revelan que la fase predominante es el óxido
de zirconia (ZrO2), para las dos condiciones
evaluadas y no se revela el pico de Ytria, podría
atribuirse a las altas temperaturas alcanzadas en
el plasma, lo que podría originar que una gran
parte de ésta se evapore, de acuerdo con
observaciones reportadas en el estudio estos
sistemas(10)
2.3.- Medición del porcentaje de porosidad.
La figura 4, muestra imágenes representativas de
la porosidad de los recubrimientos, obtenidas por
microscopia óptica con analizador de imágenes
(AI).
Los resultados obtenidos, medidos en 6 campos
de la microestructura, reportan un promedio de
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22, 80 % (-45 + 15µm) y de 36,57 %
(90+15µm), presentando un mayor nivel de
porosidad los recubrimientos obtenidos a partir de
polvos con granulometria -90+15µm, sin
embargo la preparación metalográfica es
susceptible de introducir este tipo de defecto en
las operaciones de corte, desbaste y pulido de la
muestra.
Cabe destacar que no solo las características
físicas de los polvos influyen sobre el espesor,
tiene su influencia también el número de pases
para la formación de la capa, que por razones
térmicas debe controlarse durante la deposición.
2.4.- Medición de espesores de la capa de
anclaje y del recubrimiento.
Los valores correspondientes a los espesores de la
capa de anclaje y del recubrimiento para cada
condición se observan en las tablas I y II,
respectivamente. Los mismos fueron medidos en
once campos de la sección transversal del
recubrimiento, se evidencia que los espesores
promedio de la capa de anclaje y del
recubrimiento, son superiores cuando se utilizan
polvos de mayor granulometría.
2.5.- Determinación de la Microdureza:
En la Tablas IV y V, se reportan los valores de
la microdureza obtenidos en los recubrimientos
en función de la carga aplicada, con sus
respectivos gráficos.
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con polvos de granulometría -90+15 micras que
revelan un mayor grado de porosidad( 36,57% ).
4. Los recubrimientos procedentes de polvos de
granulometría mas fina ofrecen una mayor
resistencia a la indentanción, lo que confirma que
son más compactos por su menor grado de
porosidad.
Los resultados indican que los recubrimientos
obtenidos con la granulometría más fina, son más
compactos ya que presentan mayores valores de
microdureza en comparación con los procedentes
de polvos con mayor granulometría. Este
comportamiento se asocia con el grado de
porosidad mostrado.
IV. REFERENCIAS
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for Reduction of
Corrosion Potential of Type 304 Stainless Steel in
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sprayed alumina based ceramic coatings”, Journal
of Materials Science 35, (2000), 3127.
III.Conclusiones
1. Las evidencias microestructurales de los
recubrimientos cerámicos de base zirconia
estabilizados con Ytria, muestran una estructura
lamelar en forma de capas con la presencia de
poros, grietas, inclusiones y partículas semi
fundidas, característicos de los mismos.
2. Los espesores promedio de la capa de anclaje
y del recubrimiento fabricados con polvos de la
granulometría -45+15 µm son de 57,32 µm y
853,96 µm, mientras que los obtenidos con
granulometría -90+15 µm son de 85,03 µm y
920,15 µm, respectivamente.
3. Los recubrimientos depositados a partir de
una granulometria de -45+15 micras, presentan
un menor grado de porosidad (22,8%), en
comparación con los recubrimientos obtenidos
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2. Kaiser, A., Damani, R., Straub, W., Villinger, P.,
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3. A.M. Khoddami, A. Sabour, S.M.M. Hadavi, ”
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4. Anand Kulkarni, A. Vaidya, A. Goland, S.
Sampath, H. Herman, “Processing effects on
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5. A. Kulkarni, Z. Wang, T. Nakamura, S. Sampath,
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9. H.L. Tsai, P.C. Tsai, “Performance of laser-glazed
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