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LASER CLADDING
• Objetivo: recubrir un metal con otro formando una sólida unión interfacial o soldadura sin diluir el metal del “clad” con el sustrato.
• Formas de trabajo:– Polvos pre-depositados– Alimentación con hilo– Soplado de polvo (Lateral o Coaxial)
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LASER CLADDING COAXIAL
• Es la versión más moderna de LC por soplado de polvo.
• Mayor eficiencia.• Todas las direcciones son
equivalentes, estructuras 3D.
• Es un concepto sencillo de entender, pero complejo de analizar numéricamente.
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INTERACCIÓN LASER- MATERIA
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• Reflexión 50%• Evaporación 2%• Plasma 8%• ZAC 30%• Fusión polvo 10%
fusionZACplasmanevaporacioreflexiontotal E+E+E+E+E=E
Ghedda, H. Powell, J. Wahlstrom, G. 2002. Energy distribution during CO2
laser cladding. Journal of laser applications, 14, pp 78-82.
El enfoque teórico es muy complejo, necesidad de un enfoque experimental práctico!!!
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¿POR QUÉ?
• El LC permite obtener recubrimientos selectivos, con buena adherencia y sin contaminación. – Proyección térmica
• Baja afectación térmica, elevado espesor y con coste razonable.– PVD
• Ultima tendencia: desarrollo de recubrimientos multicapa compuestos con función gradual.
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¿PARA QUÉ?
• Biomateriales– FGM basado en HA y Bioglass.
• Oxidación a elevada temperatura– TBC basados en TiAl + Oxidos.
• Resistencia al desgaste– MMC con TiC, TiB.– Intermetálicos.
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PARA ACOMETER ESTOS RETOS ES NECESARIO CONOCER BIEN EL PROCESO Y OPTIMIZARLO!!!
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MOTIVOS FUNDAMENTALES PARA OPTIMIZAR
• Posee una elevada reactividad cuando está fundido. Reacciona con el nitrógeno, el oxígeno y el vapor de agua.
• Es fundamental maximizar la productividad en aplicaciones aeronáuticas porque son grandes componentes. Limitación tamaño del spot laser.
• Muchas aleaciones de titanio son muy caras y de difícil mecanizado, por eso es importante ajustar las dimensiones y reducir la pérdida de material.
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MATERIALES Y EQUIPAMIENTO
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• Chapa 3 mm Ti6Al4V laminada en frio.
• Polvo atomizado Ti6Al4V 45-75µm.
• Ambas grado 5 (ASTM 348)
• Laser ROFIN SINAR 2.2kW en CW.
• Fibra 0.8mm, distancia trabajo d=10mm, Spot D=3mm.
• PRECITEC YC 50
% peso Ti Al V Fe O N C
Substrato bal 6,40 4,10 0,12 0,01
Polvo bal 6,05 4,12 0,06 0,15 0,002 0,008
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MÉTODOS
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• Observación superficial– LEICA M125
• Preparación muestras• Análisis imagen
– Nikon Elements• Análisis microestructural.
– MO, MEB,EDS• Medidas de Dureza
• Corte– Labotom-3, Disco SiC
• Montaje– Prensa caliente, acrilico
• Esmerilado&Pulido– FEPA 220, 500, 1000.– 9mm y OPS (0.05mm)
• Ataque– Kroll (100ml H2 0, 2ml
HF, 5ml HNO3 )
TECNICAS CARACTERIZACION
PREPARACIÓN METALOGRÁFICA
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PARÁMETROS GEOMÉTRICOS
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BASICOS•Altura (H)•Anchura (W).
TECNOLÓGICOS•Área (A)•Volumen depositado (Vd)
Vd= A·V (mm3/s)•Ratio aspecto (AR)
AR=Wc/Hc
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PROPIEDADES TÉRMICAS DEL TITANIO
• Aunque T es alta, su baja conductividad y alta absorción laser facilita grandes baños fundidos.– Oxidación– Engrosamiento grano
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Propiedad Hierro Titanium
Temperatura de fusión (K) 1811 1943
Conductividad térmica (W/cm·K) 0.802 0.219
Difusividad térmica (cm2/s) 0.208 0.092
Calor específico (J/g·K) 0.449 0.552
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INSPECCIÓN VISUAL
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Argón, Q=10 l/min; F=86,7 mg/s.
Argon, Q=20 l/min, F=86,7 mg/s
Helio, Q= 20 l/min, F= 86,7 mg/s
Helio
Q=20 l/min,F=146,7mg/s
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MAPA DE PROCESADO
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OBTENCIÓN DE RECUBRIMIENTOS
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ARGÓN HELIO
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MICROSCOPIA ÓPTICA
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Helio 3.64kJ/cm2 Helio
4.2kJ/cm2
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ANÁLISIS MEB+EDS. RECUBRIMIENTO ARGÓN
Identificación Al Ti V Total
Spectrum 1 4.86 90.94 4.21 100.00
Spectrum 2 4.97 91.01 4.02 100.00
Spectrum 3 5.11 90.85 4.04 100.00Mean 4.98 90.93 4.09 100.00
Std. deviation 0.13 0.08 0.10Max. 5.11 91.01 4.21Min. 4.86 90.85 4.02
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Detalle
de la microestructura
producida en titanio
con gas de aporte
nitrógeno
ANÁLISIS MEB RECUBRIMIENTO NITRÓGENO
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OTROS RECUBRIMIENTOS
Ti6Al4V+60%TiC
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200m
25m
Ti-25Mo-25WC
OTROS RECUBRIMIENTOS
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TiAl+40% TiB2
OTROS RECUBRIMIENTOS