Análisis de la respuesta mecánica de recubrimientos elaborados mediante proyección térmica por plasma usando la medición de esfuerzos residuales y el método de elementos finitos a escala estructural: efecto de la red de poros

Mechanical responses of plasma sprayed coatings from residual stress measurements and finite element analysis: effect of the pore network architecture

En el presente trabajo se estudia la respuesta mecánica de recubrimientos elaborados mediante proyección térmica por plasma ante la presencia de esfuerzos residuales y campos de esfuerzos generados por deformaciones. Para lograr este propósito, se midieron los esfuerzos residuales durante el proceso de elaboración de recubrimientos de TiO₂-Cu y se evaluó el efecto de la red de poros en la estructura de la capa obtenida a partir de imágenes de alta resolución de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) obtenidas de los recubrimientos de Al₂O₃-13TiO₂, las cuales fueron posteriormente procesadas y discretizadas para su análisis mediante el Método de Elementos Finitos (MEF). Algunos parámetros operacionales empleados para elaborar los recubrimientos, tales como el flujo de gases y la corriente eléctrica, necesarios para formar el plasma, mostraron tener influencia en el contenido de poros, densidad de grietas y orientación de las mismas y en la magnitud de los esfuerzos residuales provocados. Los esfuerzos residuales determinados a partir de mediciones de deflexión durante la elaboración de los recubrimientos de TiO₂-Cu, permitieron identificar su naturaleza, mientras que las simulaciones numéricas mostraron la gran influencia de la red de poros sobre el campo de esfuerzos de los recubrimientos de Al₂O₃-13TiO₂. Del mismo modo, mediante MEF se evaluaron otras composiciones teóricas a través de la modificación de las propiedades mecánicas intrínsecas de las fases constituyentes. Para los casos considerados, las simulaciones mostraron la pobre influencia que tiene la presencia de los constituyentes secundarios en el campo de esfuerzos de los recubrimientos.

INTRODUCCIÓN

La integridad de recubrimientos se ve altamente influenciada por la presencia y magnitud de esfuerzos residuales inducidos durante su elaboración. Por lo tanto, conocer su origen facilita su mitigación, ya que permite el control de algunos de los parámetros utilizados en su elaboración.

Adicionalmente, los recubrimientos de materiales compuestos elaborados por proyección térmica poseen propiedades mecánicas aparentes que dependen de las propiedades intrínsecas de cada uno de los constituyentes de la microestructura (matriz, constituyentes secundarios, etc.) conjugadamente con su distribución espacial y características de arquitectura porosa [1-8].