Diapositivas - U9 - Tratamientos Superficiales

5/11/2018 Diapositivas - U9 - Tratamientos Superficiales - slidepdf.com

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Facultad de Ingeniería –

Grupo Tribología

TRATAMIENTOSSUPERFICIALES

1. Introducción

2. Electrodeposición3. Electroless Plating4. Anodizado

5. Hot Dipping6. Pulverizado Térmico

7. Depos. Física (PVD) y Química (CVD) de Vapor8. Implantación Iónica

9. Tratamientos superficiales con Láser



Introducción

TS →

todo tipo de cambio superficial sobre el bulk

MS →

modificación superficial del bulk

RS →

recubrimiento superficial con un material disímil

Características

↑

dureza

↑

tenacidad

↑

resistencia al corte↑

adhesión

dilatación térmica = bulk

↑ fractotenacidad, etc.



Introducción

TS →

desarrollo tardío …

- Tecnologías con altas tensiones y corrientes- Control electrónico de los procesos

- Conocimientos de física del plasma y química- Tecnologías de alto vacío.

TS →• gaseoso; • solución; • fundido o semi-fundido; • sólido



Introducción

II=Ion Implantation; IAC=Ion Assisted CoatingIBAD=Ion Beam Assisted Deposition

PVD=Physical Vapor Deposition; CVD=Chemical Vapor DepositionPA=Asistencia por Plasma



Introducción

1º

conjunto →

electrodeposición

2º

conjunto →

fuente de calor: Thermal Spray, arco Eplasma, laser, inmersión

3º

conjunto →

vapor depositado: PVD, CVD, II.



Electrodeposición

Medio rápido y económico para espesores entre 1 y 800 μm

Aplica ≠

metales →

Cr, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Zn, etc.

Baño electrolítico + dos electrodos + fuente de C.C.+

electrodo y/ o sales como fuente de iones recubridores



Electrodeposición

La microestructura del electrodepósito dependerá

de:

a)microestructura de la superficie recubierta

b)condiciones de electrodeposición (densidad de corriente)c)temperatura, composición y agitación del electrolitod)composición y pH en la proximidad del cátodo



Electrodeposición



Electrodeposición

Cr decorativo

≅0.1-5μm

≅

88% Cr

≅

66 HRc

Cr duro

≅50-800μm ≅

88% Cr ≅

66 HRc

CrFD (Cr Fino Denso)

≅2-15µm ≅ 99% Cr ≅ 78 HRc



Electrodeposición



Electrodeposición

Variaciones en el espesor depositado

en función a la geometría de la pieza



Electrodeposición

Ni ≅

150 -

500 HV

Metales blandos →

Sn, Pb-Sn, Ag para cojinetes

Previenen engrane/galling -

soldaduras frías/seizure

Zn electrodepositado ≅

2 –

10 µm



Electrodeposición

Clase Espesor

Au deco enchapado fino 0,05 -

0,1 μ

Au deco enchapado 0,175 μAu ind clase 00 0,5 μ

Au ind clase 0 0,75 μ



Au ind clase 3 5 μAu ind clase 4 7,5 μ





Electroless

Ni puro, Cu, Co, aleaciones Ni-P, Ni-B, Co-Ni-P,compuestos Ni-P-cerámico y Ni-P-polímero



Electroless

NiSO4

+2NaH2

PO2

+2H2

O Ni+2NaH2PO3

-+H2+ H2SO4

NiSO4

: sulfato de nickel

2NaH2

PO2

: hipofosfato de sodio



Electroless + Electrodeposición



Electrodeposición anódica

65-70 HRc, 380-430 HV



Hot dipping

Simple método para metales bajo (Al) y muy bajopunto de fusión (Sn, Pb, Zn, Pb-Sn)

Espesores relativamente gruesos > 0.02 mm

Bajo control del espesor

Estañados sobre acero de bajo carbono

Al(55%)/Zn por inmersión (aluminizados)Fe reacción con Al →

intermetálicos estables 900ºC



Hot dipping



Hot dipping

Vida útil →

5% de degradación superficial



Pulverizado térmico - Thermal spray

Aplicación rápida →

e desde milésimas hasta 25 mm

Mínima preparación del material base y baja T (> 95°C)

•Incrementar resistencia al desgaste•Incrementar resistencia a oxidación y corrosión

•Aptitud reconstruir o restaurar dimensiones•Aptitud para aplicaciones en biomateriales




Equipos portátiles

Adecuada p/metales de bajo punto de fusión

Metales puros, aleaciones, cermets, carburos,polímeros, materiales compuestos, recubrimientos

cerámicos y hasta refractarios

Atmósferas reductoras →

mejor limpieza y adhesión

Partículas de alta dureza →

CSi / CW ≅

65 HRc

Pulverizado + Fusión →

partículas adheridas a Tamb

Luego, postcalentamiento para sinterizar



Pulverizado térmico - EAW



Pulverizado térmico - EAW

Arco eléctrico x

dos alambres →

electrodos y aporte

Transporte: aire y/o Ar ↓↓ oxidaciones

Muy buena adhesión respecto otras técnicas

Deposiciones de hasta 55 kg/h

Equipos de muy bajo costo

No hay calentamiento →

ausencia llama directa

Alambres huecos rellenos → CTi, CNTi, etc.



Pulverizado térmico - PA



Pulverizado térmico - PA

Plasma entre cátodo de W y ánodo de Cu

Arco eléctrico ioniza gas Ar →

Plasma

Tipo, forma y tamaño de partícula determinanRendimiento y calidad

Espesores desde 50 a 500 μ

Temperaturas hasta 30.000ºC ???

Velocidades de aplicación →

300/550 m/seg

Equipos muy alto costo



Pulverizado térmico – OFW/OFP

Propano -

Oxígeno (O) 2526ºC Metilacetileno -

O 2927ºC

Gas Natural -

O 2538ºC Acetileno -

O 3087ºC

Hidrógeno -

O 2660ºC Plasma 2200 /

28.000ºCPropileno -

O 2843ºC



Pulverizado térmico – OFW/OFP

Combustión mezcla de gases →

acetileno y oxígeno

T (f) relación gas / O

Técnicas de bajo costo y altas tasas de aplicación

↑↑ porosidad, ↓↓ adhesividad, ↑↑↑↑↑ calentamiento

Ni + CW →

resistencia a la abrasión

Postcalentamiento para aliviar tensiones cuandoRS y sustrato ≠

coeficiente de dilatación térmica




Cámara de combustión interna

Mezcla propano -

hidrógeno -

acetileno + oxígeno

Detonación y proyección por tubo de escape

Todo tipo de polvos y e depositados 50 – 500 μ

Velocidades de deposición de 700 a 1000 m/seg,

con mas de 10 detonaciones por segundo

↑

adhesión, ↓↓

porosidad < 2%

↑↑↑

contaminación del RS x gases



Deposición por gases

Proceso PVD: sólido → gas → sólidoProceso CVD: gas →

sólido

•↑↑↑

adhesividad, superficie con "sputter cleaning”

•Alta pureza de los recubrimientos depositados

•Control microestructura, crecimiento columnar•↑↑↑

rango de materiales y ↑↑↑

rango de sustratos

•e uniformes, movimiento piezas en las cámaras•Amplio rango de temperaturas de deposición•Control de tasa de deposición•Posibilidad de mecanizar y/o pulir RS•Ausencia de H, ↓↓↓↓↓

fragilización

•Nula presencia de efluentes y/o gases tóxicos




PVD – CVD se pueden diferenciar tres etapas

1.-

creación de vapor

2.- trasporte hasta la superficie a recubrir3.-

crecimiento de la película



PVD por evaporación



PVD – Recubrimiento iónico



PVD - Sputtering



CVD



CVD

Material a depositar en estado vapor (p.e. Ti)+

Gas de transporte y reactante (p.e. N)

⇓RS de Nti

Temperaturas 150-2200°C, P 50 Pa y atmosférica

Vapor condensa sobre la muestra, pero a alta T

↑↑↑ adhesión, pero alta T de sustrato → limitación

Baja presión → ↑↑ calidad, ↑↑

velocidad deposición



PVD - CVD



Implantación iónica

Iones (N, C, B, etc.) impulsados con altas energías↓

Penetran superficies, con vacíos 10-3

- 10-4

Pa

Microestructura de no equilibrio →

amorfa

MS: estructura sustrato + iones intersticiales

e ↓↓↓↓

∼

0,01 µm a 0,5 µm, (f) energía, ángulo de

incidencia y composición química del sustrato.

e ↓↓↓↓

de MS ⇒

se mantienen cotas nominales




Gran ventaja → implantación ↓↓↓ T

N en acero → ↓↓ µ

→ ↑↑ E

Proceso de alto costo



Laser

Fuente limpia, de ↑↑↑ energía y control

↑↑

densidad de potencia, breve t

⇓calentamiento y enfriamiento, ↓↓↓↓

ZAC

⇓↓↓↓

distorsión, mínimo deterioro propiedades bulk

Estado Sólido: aceros de alta templabilidadT > Tγ

+ enfriado ⇒

martensita

e ≤

2 mm, aceros tipo 4340, 8620 y 52100, 60 HRc



Laser



Laser

Fusión: T laser > T f material

Alteraracion

drástica de microestructuras originales

Refinandos

y precipitados, con presencia de ZAC

FG y/o FN →

FB

Aleación: agregado de polvos a pileta líquida

Gases inertes → ↓↓↓ oxidación

SAE 1018 + partículas de Cr

+ Grafito

⇓Carburos estables tipo M C3 y M3C (Cr 43%)

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