Evaluación de la calidad del recubrimiento en la pulverización en frío

La pulverización en frío es una técnica utilizada para aplicar Recubrimientos a superficies. Funciona disparando pequeñas partículas a altas velocidades sobre una superficie, lo que provoca que se adhieran sin derretirse. Este método tiene ventajas sobre la pulverización térmica tradicional porque evita problemas como la oxidación o cambios en el material. Este artículo discute cómo podemos usar un método especial llamado microscopía acústica de escaneo (SAM) para estudiar la calidad de los recubrimientos creados mediante pulverización en frío en superficies rugosas.

#¿Qué es la Pulverización en Frío?

La pulverización en frío es una forma moderna de agregar una capa de material sobre otra superficie. En lugar de usar calor como las técnicas más antiguas, la pulverización en frío utiliza partículas en movimiento rápido. Estas partículas impactan la superficie y se deforman, creando una fuerte unión sin derretirse. Esto previene problemas como la oxidación y permite la creación de recubrimientos que son fuertes y bien conectados.

#Importancia de la Adhesión

Para que cualquier recubrimiento sea efectivo, debe adherirse bien a la superficie. La pulverización en frío se basa en tres maneras principales para esta adhesión:

1. Anclaje Mecánico: El recubrimiento se adapta a las protuberancias y surcos de la superficie.
2. Unión Metalúrgica: Los dos materiales se unen a nivel atómico cuando sus capas de óxido se rompen durante el impacto.
3. Mezcla: Cuando el recubrimiento se aplica de manera deficiente, los materiales pueden mezclarse en la interfaz, lo que podría llevar a defectos.

Sin embargo, a veces la adhesión puede ser débil debido a una mala preparación de la superficie, problemas con los materiales o la forma de la superficie. Al pulverizar sobre formas complejas, el ángulo en el que las partículas golpean la superficie puede no ser perpendicular, lo que puede llevar a recubrimientos de menor calidad.

#Estudio de Recubrimientos con SAM

La microscopía acústica de escaneo (SAM) utiliza ondas sonoras para crear imágenes de materiales. Cuando las ondas sonoras golpean un material, algunas rebotan, y esta información nos ayuda a entender la estructura del material. SAM puede visualizar detalles ocultos bajo la superficie que no son visibles mediante otros métodos como la microscopía electrónica de barrido (SEM).

En nuestro estudio, observamos cómo se comportan los recubrimientos creados por pulverización en frío cuando se aplican a superficies con surcos. Nuestro objetivo era ver si los surcos afectarían la calidad del recubrimiento.

#Preparación de muestras

Para llevar a cabo nuestro estudio, utilizamos aluminio (Al) y hierro (Fe). Preparamos muestras mecanizando surcos en sustratos de Al, ya sea hechos tradicionalmente o utilizando pulverización en frío. Luego, aplicamos recubrimientos de Fe sobre estos sustratos.

Creamos diferentes formas de surcos-cuadrados y trapezoidales-y examinamos cómo estas formas influenciaban la calidad de los recubrimientos. Aseguramos que las superficies estuvieran limpias antes de aplicar los recubrimientos para garantizar una mejor adhesión.

#Proceso de Pulverización en Frío

Se aplicaron recubrimientos gruesos de Fe utilizando técnicas de pulverización en frío. Utilizamos un sistema especializado que alimentaba gas y polvo para pulverizar el Fe sobre los sustratos de Al. Este sistema nos ayudó a lograr grosores de recubrimiento consistentes.

#Caracterización de SAM

Realizamos mediciones de SAM en nuestras muestras de dos maneras: vista transversal y vista superior. La vista transversal involucró cortar muestras para estudiar las capas verticalmente, mientras que la vista superior nos permitió observar el recubrimiento de manera más horizontal.

Durante la medición de SAM, utilizamos ondas sonoras para ver cómo viajaban a través de los materiales. Este enfoque nos ayudó a identificar defectos y la calidad general de los recubrimientos.

#Resultados del Análisis de SAM

Al analizar las muestras mediante SAM, encontramos resultados interesantes. SAM mostró áreas donde los recubrimientos tenían defectos que no eran visibles con SEM. Los recubrimientos que parecían densos bajo SEM eran menos uniformes de lo que parecían.

El área cerca de los surcos mostró más imperfecciones, lo que indica que la forma de la superficie afecta en gran medida la calidad del recubrimiento. El impacto no perpendicular de las partículas durante la pulverización contribuyó a este problema.

#Caracterización de SEM

Después de usar SAM, también examinamos las muestras utilizando SEM. SEM proporciona imágenes detalladas de las superficies pero muestra principalmente lo que se encuentra en la superficie en lugar de lo que hay debajo.

Observamos que, mientras que las áreas alejadas de los surcos parecían sólidas y homogéneas, las áreas cerca de los surcos tenían más vacíos y grietas. Esto reforzó nuestros hallazgos del análisis de SAM.

#Diferencias Entre Sustratos

Curiosamente, notamos que las propiedades de los sustratos de Al pulverizados en frío parecían similares a las de Al forjado tradicionalmente. Sin embargo, aunque sus propiedades generales eran similares, el Al pulverizado en frío mostró más variaciones a escalas más pequeñas, lo que indica diferencias en cómo manejaron la aplicación de recubrimientos.

#Cómo SAM Mejora la Comprensión de los Recubrimientos

SAM proporcionó información que los métodos tradicionales no podían. Nos permitió ver variaciones en los materiales debajo de la superficie e identificar áreas donde las propiedades del material estaban degradadas. Esta profundidad de detalle es valiosa para evaluar la calidad de los recubrimientos pulverizados en frío de manera integral.

#Conclusión

El uso de SAM para estudiar recubrimientos pulverizados en frío sobre sustratos con surcos reveló detalles importantes sobre cómo la forma de la superficie influye en la calidad del recubrimiento. Si bien los métodos estándar como SEM son útiles, SAM expande nuestra comprensión al descubrir imperfecciones ocultas y variaciones dentro de los recubrimientos.

La información obtenida es valiosa para refinar las técnicas de pulverización en frío y mejorar el rendimiento de los recubrimientos. A medida que la pulverización en frío continúa siendo una tecnología importante en la fabricación, entender cómo optimizar la adhesión y calidad de los recubrimientos será crucial para su éxito.

#Agradecimientos

Este trabajo se benefició de varios proyectos de financiamiento destinados a mejorar nuestra comprensión de las técnicas avanzadas de fabricación. El apoyo destaca el compromiso continuo con la investigación en este campo.

En conclusión, la microscopía acústica de escaneo es una herramienta prometedora que puede proporcionar información esencial sobre el rendimiento de los recubrimientos producidos por pulverización en frío, lo que finalmente conduce a mejores prácticas de fabricación y diseños de materiales.