lunes, 28 de marzo de 2016
domingo, 13 de marzo de 2016
NUEVOS DESARROLLOS PARA LA METALIZACIÓN PLASMA Y HVOF
El procedimiento de protección por metalización utilizado
con el propósito de reparar o mejorar cualidades físicas como la resistencia a
la fricción, al desgaste, al calor y a la abrasión, en componentes como
herramientas, motores, turbinas y dispositivos médicos, entre otros, puede ser
aplicado mediante diferentes técnicas como: combustión o llama; proyección
térmica por detonación; arco eléctrico; High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) 1 y
plasma. Si bien el proceso de metalización –que permite revestir, mediante proyección
(arrojar pequeñas partículas fundidas, a una superficie) un metal para realzar
algunas de sus propiedades– se realiza en el país generalmente por medio de
arco eléctrico, o combustión; los procesos como HVOF y plasma son poco
utilizados a nivel nacional debido a la alta inversión económica que requiere
su aplicación.
Dichos procesos, que tienen la ventaja de permitir la
aplicación de casi cualquier material sobre las piezas metálicas que requieran
mejoras, presentan adelantos tecnológicos en temas de insumos, cabinas,
controles y, en el caso específico de plasmas, pistolas, que agilizan los
tiempo del metalizado, y mejoran las condiciones de su aplicación. Por lo que
implementar este tipo de revestimiento permitirá que las empresas dedicadas a la
metalización, desarrollen procesos en periodos más cortos y, además, ampliar su
portafolio de servicios. Para dicho fin, se hace necesario conocer los
elementos requeridos para su ejecución y los adelantos técnicos en el tema;
puntos de referencia necesarios para que las industrias nacionales que deseen
incluir dentro de sus procesos el revestimiento plasma o HVOF, lo puedan hacer
y desarrollen sistemas de producción efectivos a la altura de las industrias
internacionales.
Variedad y calidad de
insumos
Los polvos de diversas aleaciones, son pieza importante en
el desarrollo de este tipo de revestimiento debido a que se depositan sobre la
pieza a revestir con el objetivo de restaurar superficies desgastadas;
proporcionar resistencia a la abrasión, al desgaste y a la oxidación; y generar
resistencia a los ataques químicos, a los impactos y a la corrosión en
ambientes alcalinos y salinos. Por ello, durante décadas se han venido
estudiando cada una de las características físicas y químicas de los materiales
a recubrir, lo que ha permitido trabajar con gran variedad de insumos entre los
que se encuentran carburos; polímeros; circonio; óxidos de aluminio; óxidos de
cromo y óxidos de titanio. El avance en el tema de la producción de dichos
insumos, es que se actualmente se obtienen porosidades controladas a menos del
0.25 por ciento, en espesores de 0,075 mm (0,003 pulgadas) hasta 5 mm (0,2
pulgadas).
Uno de los parámetros que se ha mejorado en el tema de los
insumos, son los niveles de dureza RC (resistencia de un material a ser
penetrado) para adaptarlos a los diferentes requisitos de resistencia al
desgaste en cada material a trabajar, y que están en los rangos de 18 RC hasta
los 65 RC. En cuanto al grado de fuerza con la que se adhiere al material base,
este oscila entre 2.500 psi (libra-fuerza por pulgada cuadrada), para algunas
aleaciones blandas como el cobre, a más de 12.000 psi para materiales de
carburo. Además, los nuevos desarrollos han tenido en cuenta la composición de
cada insumo para determinar el resultado de su aplicación. Por ejemplo:
• - Cobalto (Co), provee de protección contra la
corrosión y resistencia al calor.
•
- Niquel (Ni) material auto adherente, genera
protección contra la corrosión y ductilidad.
·
- Cromo (Cr) y óxido de cromo, químicamente
inerte, permite protección contra la corrosión (capa de óxido).
•
- Aluminio (Al) y óxido de aluminio, con
propiedades dieléctricas y de aislamiento térmico; generan protección contra la
corrosión (capa de óxido)
•
- Elementos como el Itrio (Y) se fijan en la
superficie y forma una capa de óxido que protege el sustrato contra la
oxidación.
En el mercado existen
catálogos con más de cuatrocientos insumos diferentes para las técnicas de
metalización por proyección. Además, cuentan con un control estricto de su
composición química, en cuanto a granulometría se refiere, lo que permite
ofrecer las mejores capas de metalizado con alta eficiencia de depósito, (Véase
cuadro Morfología de las partículas). En países como Canadá se producen polvos
XHD (xuper high deposition) de metal de alta calidad, queproporcionar mayores
beneficios de costos y ciclos de vida de los componentes.
Estos polvos los componen partículas perfectamente esféricas
que se traducen en alta densidad en los depósitos haciéndolos libres de
porosidad. Los polvos incluyen aleaciones auto-fundente de níquel, cobalto y
cobre, así como metales y aleaciones que requieren de entrada mínima de calor
para lograr altas tasas de deposición con la reducción del consumo de energía.
Un proceso eficaz, pero ruidoso Los procesos de metalización plasma y HVOF son
los más contaminantes de su género en cuanto a generación de gases y ruido se
refiere, por esta razón, se deben desarrollar estas aplicaciones en ambientes
controlados para que, tanto el resultado del revestimiento, como el operario,
no se vean afectados.
En el caso de HVOF, las altas velocidades de proyección de
los insumos sobre las piezas hace que el sonido generado supere los 140
decibeles, para plasma, pueden alcanzar los 120 decibeles, un nivel similar a
los generados por las turbinas de un avión. Además, el ruido del proceso puede
contaminar auditivamente el ambiente de otras áreas de producción dentro de una
planta, lo que genera dificultades en la salud de los operarios. Por ello, los
desarrollos han llevado a la creación de cabinas de aislamiento acústico que
permiten controlar los niveles de ruido en el lugar de trabajo.
Las cabinas son fabricadas con placas de metal en
dimensiones que define cada compañía que la requiera, pero con un elemento en
común, un cierre hermético que impide la propagación del sonido.
Por ejemplo, resalta el ingeniero Carlos Andrés Zúñiga,
director nacional de la línea Oerlikon Metco, una Cortesía: Sager cabina
acústica de 12 pies X 12 pies x 10 pies altura, con un consto promedio de US$
27.000, puede incluir:
• Una puerta de hoja doble.
• Ventana de una vista.
•
Silenciador de entrada de aire de 10.000 CFM.
• Ocho luces herméticas al polvo.
• Soporte del techo
Pero si bien controlar el ruido es vital, la generación de
gases también debe ser vigilada puesto que puede contaminarse de otros gases o
impurezas existentes en la planta, que harán disminuir la calidad de la
aplicación. O por el contrario, los gases generados por el proceso de
metalización, lleguen a contaminar otros procesos. En este sentido, las cabinas
se configuran de tal manera que cuenten con filtros de extracción de gases, que
retiran una cantidad determinada de gases por hora, proporcional a los gases
que se ingresan en el proceso. (Véase cuadro, Sistema de filtrado). Para que
una cabina tenga la eficiencia esperada, esta debe utilizarse únicamente para
realizar procesos de metalización y, además, debe ser configurada para cada
proceso (llamas, HVOF, proyección térmica por detonación, arco eléctrico,
plasma), puesto que no todos tienen los mismos pará- metros de generación de
gases.
Si bien la correcta configuración de una cabina con un
efectivo sistema de filtración de aire permite proteger al personal y
garantizar la efectividad del proceso, en el país no son utilizadas de manera
frecuente, tal como lo aclara el ingeniero Zúñiga, “las empresas en Colombia
deberían invertir en este tipo de cabinas, parar genera procesos con una mayor
calidad. Pero no se realiza con frecuencia puesto que la inversión puede
alcanzar los $300 millones”. Por otra parte “en Estados Unidos cuando se
realiza un recubrimiento con plasma para una prótesis de cadera, si esta llega
a tener algún tipo de óxido o porosidad contaminante, que genere molestias en
el paciente que recibe la prótesis, eso pueden llevar a demandas, de allí la
necesidad de usar cabinas que garanticen la calidad del proceso“, resalta
Zúñiga.
El uso de cabinas permite garantizar que la pieza revestida
no cuente con elementos contaminantes ajenos al revestimiento, y cumpla con los
parámetros de calidad que exige el mercado.
Control de
variables
Las industrias que implementen alguno de estos dos procesos
de metalización, deben pensar en el control de las variables de de los insumos
utilizados en la aplicación. Cada uno de los insumos utilizados en metalización
cuenta con una ficha técnica en la que se especifica cuál es el tipo de gas a
utilizar, el flujo necesario para cada revestimiento y su temperatura. Por esta
razón, uno de los mayores desarrollos con los que cuenta estos procedimientos
es la consola de regulación de parámetros. Dado que para cada tipo de
metalizado, diferentes pará- metros deben ser regulados con precisión, los
operarios deben realizar este procedimiento de manera manual, lo que genera
tiempo muertos al momento de hacer la calibración de cada parámetro. Y
precisamente este es el punto de ventaja con el que cuenta las consolas,
minimizar los tiempos muertos. Gracias a que la consola cuenta con una memoria
interna que permite guardar los perfiles de diferentes procesos, los parámetros
pueden ser controlados y estandarizados, para que el operario agilice el inicio
de una aplicación específica, y no deba configurar cada parámetro del sistema
cada vez que realice un proceso de metalizado. Otras de las características que
presentan las consolas se encuentran:
• Control Lógico Programable (PLC) con
sistema de medición de gas.
• Sistema de alarma con cierre automático para un
funcionamiento seguro.
• Interfaces para control de pistolas, sistema de escape
y accesorios.
• Panel diagnóstico con pantalla.
Con la incorporación de dicho
sistema en los proceso de metalización, las aplicaciones se adelantan de manera
más rápida y precisa, lo que permite incrementar el nú- mero de piezas a
trabajar, con el consiguiente aumento de trabajos que puede generar una
industria que incluya el plasma y HVOF dentro de su portafolio de servicios.
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