ANÁLISIS DE RECUBRIMIENTOS DE Ti REFORZADOS CON TiB2 MEDIANTE TÉCNICAS DE RECUBRIMIENTO LÁSER

Abstract

A Dios, mi familia y mis amigos.Por su infinito amor. AGRADECIMIENTOSQuiero agradecer el aporte científico recibido de parte del director de la tesis, el Dr. Vicente Amigó Borrás y su colaboración continua en las etapas de este proceso.A la Universidad Nacional de Colombia por su confianza al darme la oportunidad de ausentarme de mi labor y darme los medios para facilitar mi estancia.A la Universidad Politécnica de Valencia por su recurso humano y físico, que han hecho posible la culminación de esta investigación.A la empresa AIDO por su colaboración en la realización del proceso láser.A las personas del servicio Para un apropiado análisis experimental, los principales parámetros del proceso, potencia y velocidad de barrido del láser y flujo de polvos han sido cambiados gradualmente dentro de rangos elegidos. Se ha realizado correlaciones entre las variables principales del proceso, la geometría de los cordones individuales y las transformaciones de los polvos adicionados.Una vez elegidos los cordones con mejor combinación de características geométricas, microestructura y dureza se ha realizado el solapamiento de cordones para producir los recubrimientos analizando el efecto térmico en la redistribución de fases y en la difusión de elementos químicos.Se ha obtenido recubrimientos con buenas áreas de cordón, y bajas áreas de dilución con microestructuras compuestas de matriz de titanio y compuestos de TiB y TiB 2 distribuidos en la matriz de forma homogénea con buena unión a ella, y con durezas de hasta 8 veces la dureza original del titanio.Se ha identificado los parámetros adecuados para la obtención de los polvos, mediante aleado mecánico, de la aleación Ti+TiB 2. Se ha logrado delimitar la ventana de proceso para la fabricación de recubrimientos de Ti+TiB 2 . Se ha logrado establecer la composición aproximada de boro mediante el empleo de la técnica de WDS (wavelenght dispersive spectrometry). Se ha caracterizado mecánicamente los compuestos encontrados mediante técnicas de nanodureza. Finalmente se ha identificado mediante la técnica de EBSD (Electron backacatter diffraction) las fases y los compuestos presentes, así como su distribución en el recubrimiento.Con el conocimiento adquirido mediante esta investigación y siendo este proyecto parte de un objetivo general de investigación en el mejoramiento de las características superficiales del titanio, se puede continuar con investigaciones en comportamiento a desgaste y corrosión en estos recubrimientos. RESUMEn la present investigació s'ha estudiat la formació de recobriments de Ti i ABSTRACTThis investigation has studied the formation of Ti and TiB 2 coatings on a Ti substrate using the coaxial laser cladding process. The implemented laser was a continuous NdYAG of 1Kw. The purpose was to analyze the influence on the coating of both the alloying elements percentage and the presence of the alloying elements in the substrate as well as the changes suffered by the ZAC in the substrate.To obtain the appropriate experimental analysis, the main process parameter...

Electrochemical corrosion of titanium and titanium-based alloys

“…En un primer estudio Tian et al [63], depositan diferentes mezclas de boro y titanio sobre la superficie del Ti-6Al-4V, los resultados muestran una mejora de la dureza superficial, un aumento de la resistencia al desgate y una mejora de la resistencia a la oxidación con respecto a las muestras sin recubrimiento, un incremento en el contenido volumétrico de boro propicia una mejora de la dureza superficial [64]. Por su parte Angarita [65], hace un estudio de la formación de recubrimientos de Ti y TiB2, mediante la técnica de láser Cladding coaxial usando un láser tipo Nd YAG de 1 kW de tipo continuo, analizando los efectos que tienen sobre el recubrimiento los porcentajes de aleación, los elementos de aleación del sustrato y los cambios dados en la zona afectada por calor (ZAC), esto en función de potencia del láser, velocidad de barrido, y el flujo de polvos, a su vez se realiza un estudio de la mejor combinación de variables para obtener recubrimientos con buenas propiedades mecánicas, y buena resistencia al desgaste [65]. Se ha logrado determinar que al aumentar el contenido de TiB2 se logra un aumento del potencial de corrosión, lo que se traduce en un incremento de la resistencia a la corrosión [66], sin embargo, aquí es importante fijarse en las condiciones de sinterización, donde a mayor temperatura y mayor tiempo se logran mejores propiedades anticorrosivas; en este caso el TiB2 ha causado gran interés dado que es el compuesto más estable de boro, posee un alto punto de fusión (alrededor de los 3230 °C) y es químicamente inerte, esto hace que sea un atractivo en aplicaciones de desgaste severas, buena resistencia a alta temperatura [67], [68], se encuentra también que el TiB2 combinado con TiC y Al pueden llegar disminuir la corrosión por picadura [69].…”

“…La figura 2.2 muestra el equipo empleado realizando la fabricación de uno de los recubrimientos. Los parámetros de síntesis son: Potencia de 600, 900 y 1000 W, velocidad de desplazamiento de 12 mm/s y flujo de polvo de 3 g/min, estas variables de proceso son basadas en la investigación realizada por Angarita [65], considerándose como una combinación óptima para la obtención de un recubrimiento compacto, con espesor del orden de los 800 µm y de alta adherencia metalúrgica hacia el sustrato. La figura 2.3 muestra uno de los recubrimientos obtenidos.…”

“…El titanio provisto para esta investigación es Ti grado 2 (G2) cuya composición se muestra en la Tabla 3.1 y Ti grado 5 o Ti-6Al-4V mostrado en la Tabla 3.2, estos materiales son los utilizados como sustratos para la deposición de los recubrimientos (60% en peso de Ti+ 40% en peso de TiB2) y están identificados conformes a la normativa ASTM [30], [32]. El procedimiento de obtención de los polvos, mezcla y síntesis de los recubrimientos es generado y estudiado en la tesis de Angarita [65]. De la metodología empleada por Angarita [65], se hacen mediciones de la geometría del cordón generado que constituye la formación del recubrimiento, así pues, la figura 3.1 muestra los parámetros de la sección transversal de dicho cordón.…”

“…El procedimiento de obtención de los polvos, mezcla y síntesis de los recubrimientos es generado y estudiado en la tesis de Angarita [65]. De la metodología empleada por Angarita [65], se hacen mediciones de la geometría del cordón generado que constituye la formación del recubrimiento, así pues, la figura 3.1 muestra los parámetros de la sección transversal de dicho cordón. Donde Hz es el alto de la zona afectada por el calor (ZAC), Wz es el ancho de la ZAC, Hc es la altura del cordón, Wc es el ancho del cordón, Hm es la altura del metal base fundido o zona de dilución, Wm es el ancho del metal base fundido y H que es Hc+Hm o altura de la sección transversal, así mismo, se identifican 4 zonas importantes caracterizadas por zona de recubrimiento (R), una zona de dilución (ZD), una zona martensítica (ZM), y la ZAC, estas características son mostradas en la figura 3.2 y la tabla 3.3 resume los valores de los parámetros medidos en cada uno de los recubrimientos.…”

“…Por su parte, la altura de la sección transversal muestra igualmente comportamiento ascendente para los depositos sobre Ti G2 y para los recubrimientos sobre Ti-6Al-4V mostrando un mayor valor de esta altura a medida que se suministra más potencia en el proceso. Caso similar ocurre para el porcentaje de dilución, donde se exhiben aumentos existiendo el mayor valor de dilución para el Ti G2 recubierto a una potenca de 1000 W, lo cual va de conformidad a la teoria dado que al aumentar la potencia del láser se suministra una mayor cantidad de energía (energia térmica), lo que propicia el crecimiento favoreciendo este fenomento de dilución [65], [90]. Los porcentajes de dilución son menores para los revestimientos en los sustratos de Ti-6Al-4V dado que la contribución de Al y V provocan una mayor difusión hacia el baño fundido, lo cual se asocia a que la conductividad térmica de este material es más reducida y conlleva a una menor tasa de transferencia de calor (Conductividad tèrmica del Ti G2=21.9 W/m*K y Ti-6Al-4V=6.91 W/m*K [30]).…”