Análisis de recubrimientos laser cladding coaxial de intermetálico TiAl sobre láminas de Ti6Al4V

J. C. Zambrano C.*,1. B. Cárcel 2, J. C. Pereira F. 3, V. Amigó 4

1: Centro de Investigación en Materiales CIM, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo, Venezuela

2: Instituto Tecnológico de Óptica, Color e Imagen AIDO, Valencia, España. 3: Centro de Investigaciones en Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo, Venezuela.

4: Instituto de Tecnología de Materiales, Universidad Politécnica de Valencia, España. * e-mail: jzambran@uc.edu.ve

RESUMEN El Ti6Al4V ha demostrado ser una importante aleación de ingeniería para aplicaciones avanzadas en la industria: aeroespacial, automotriz, química y biomédica, en gran parte debido a propiedades beneficiosas como la baja densidad, excelente relación resistencia peso, alta resistencia a la corrosión y su biocompatibilidad. Sin embargo, la aleación es propensa a la degradación mecánica en aplicaciones que implican desgaste por deslizamiento o abrasión; debido a su alto coeficiente de fricción y baja dureza; mucho trabajo ha sido llevado a cabo en los últimos 20 años en un esfuerzo para mejorar las propiedades de desgaste usando tecnologías de ingeniería de superficies tales como recubrimientos y tratamientos termoquímicos para obtener propiedades deseables. Con la finalidad de utilizar el Ti6Al4V en ambientes a altas temperaturas, y de mejorar su resistencia al desgaste, en este trabajo se han desarrollado recubrimientos mediante la deposición por laser cladding coaxial sobre láminas de Ti6Al4V, con una aleación de titanio aluminio Ti48Al2Cr2Nb, para el cual se utilizaron diferentes parámetros de proceso: potencia (W), velocidad de pasada (mm/min), temperatura de precalentamiento (ºC) y caudal de polvo (g/min). Se ha efectuado una plantilla de cordones, a la cual se le realizó un análisis geométrico a través de microscopia óptica, donde se evaluó la combinación de parámetros de proceso que genera cordones con adecuado porcentaje de dilución, relación de aspecto y ausencia de grietas y otros defectos macroscópicos, con temperaturas de precalentamiento del sustrato de 350ºC y 450ºC. De este análisis se ha seleccionado como temperatura adecuada de precalentamiento 350ºC y se han obtenido recubrimientos con un 40% de solape, utilizando parámetros de proceso que generan energías especificas del láser de 46.66, 70, 80 y 90 J/mm2, los cuales han sido evaluados mediante microscopia óptica (MO), microscopia electrónica de barrido (MEB), difracción de rayos X (DRX) y microdureza vickers (HV). La microestructura y altura de los recubrimientos se considera adecuada, con buena adherencia en general, aunque se observan grietas y poros para casi todas las condiciones. Se ha obtenido la variación de la composición química desde la superficie de los recubrimientos hasta el sustrato mediante microanálisis por espectroscopia de energía dispersiva (EDS), observándose la composición química que presenta el recubrimiento correspondiente a Ti28Al2Cr2Nb y del sustrato Ti6Al4V. El análisis de la microdureza Vickers obtenida muestra la dureza en el metal base, interfase y recubrimiento, observándose un incremento de la dureza adecuado para los recubrimientos.

Figura 1. Micrografías obtenidas en MO de recubrimientos. a) R01. b) R02. c) R03 y d) R04.

Figura 2. a) Evolución de la microdureza Vickers en los recubrimientos desde la interfase. b) Variación de la

composición química en el recubrimiento R02 desde la superficie

250

300

350

400

450

500

550

600

650

-350 -250 -150 -50 50 150 250 350 450 550 650

Dur

eza

Vic

kers

(HV0

.1)

Distancia desde la interfase del recubrimiento (µm)

R01R02

R03R04

0

1

2

3

4

5

6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

50 250 450 650 850 1050

% e

n pe

so (C

r,N

b,V)

% e

n pe

so (T

i,Al)

Distancia desde la superficie (m)

Ti

Al

Cr

Nb

V

b

a b

c d

a

Figura 3. Micrografías obtenidas por MEB de Recubrimiento R0. a) Zona de interfase. b) Zona de recubrimiento

a b