Comportamiento frente a erosión de aleaciones de Al y Ti fabricadas por proyección fría

Resumen

La manufactura aditiva es una técnica de fabricación de objetos a partir de modelos 3D mediante la deposición sucesiva de material, en forma de polvo o hilo, capa a capa donde el material se va consolidando hasta conformar la pieza. Esta tecnología permite obtener geometrías muy cercanas a la de la pieza final, reduciendo significativamente las tareas de mecanizado y la generación de residuos.

La proyección fría es una técnica de deposición de material en estado sólido que ha adquirido una gran importancia en estos últimos años como técnica de manufactura aditiva. Una de las principales ventajas que ofrece la proyección fría respecto a otras técnicas, como la sinterización láser, es la deposición del material inicial sin fundirlo. Asimismo, la gran variedad de materiales que se pueden depositar la convierte en una técnica muy atractiva para la reparación de piezas desgastadas o dañadas para ampliar su vida útil. Al ser una técnica de proyección en estado sólido, no produce zonas afectadas por el calor, es decir, las propiedades de los sustratos no cambian. Además, no hay limitaciones en relación con las dimensiones y, por lo tanto, es una tecnología que permite proteger, reparar o funcionalizar cualquier superficie. Estas ventajas resultan ser muy atractivas en aquellas aplicaciones en las que los componentes resultan ser de alto valor añadido como es el caso de la industria aeronáutica. Sin embargo, debido a su reciente uso como proceso de fabricación aditiva no se tiene un conocimiento profundo del comportamiento de los componentes fabricados mediante esta tecnología frente a las posibles solicitaciones externas que pueden sufrir durante su vida en servicio. En este sentido, muchos de estos componentes aeronáuticos están sometidos a procesos de desgaste por erosión provocados por el impacto de pequeñas partículas presentes en el medio ambiente.

Este estudio tiene como objetivo investigar el comportamiento de la erosión del aluminio 1050 y el titanio grado II, generados mediante fabricación aditiva por proyección fría (CSAM). El estudio siguió la norma ASTM G76, utilizando alúmina como abrasivo a temperatura ambiente. Se establecieron los parámetros de flujo y velocidad del abrasivo, y se varió el ángulo de impacto. Para determinar la tasa de erosión, se establecieron varios tiempos de ensayo. La tasa de desgaste se estimó como la relación entre la masa de material eliminado y la masa de las partículas erosivas incidentes. El volumen eliminado durante en ensayo de erosión se midió utilizando un microscopio confocal. Esto permitió analizar las huellas residuales e identificar los mecanismos dominantes durante el proceso de erosión. Estos mecanismos resultaron ser una combinación de indentación (deformación plástica) y rayado (corte). El análisis de las superficies permitió también relacionar la morfología superficial de las huellas residuales con las tasas de erosión. Finalmente, se propuso un modelo alternativo de erosión para incluir el efecto del ángulo de impacto de las partículas erosivas capaz de reproducir las tendencias observadas.