Study of thermal shock resistance of flame sprayed coatings manufactured to protect molds used in glass containers industry

Estudio de la resistencia al choque térmico de recubrimientos manufacturados por proyección térmica de llama para proteger moldes usados en la industria de envases de vidrio

Los moldes usados en la manufactura de vidrio están sujetos a continuos ciclos de calentamiento y enfriamiento, lo que resulta en fallas prematuras por fatiga térmica. Con la idea de proteger estos moldes, una aleación de níquel (Eutectic Castolin CPM1205™) fue depositada por proyección térmica de llama bajo condiciones de combustión neutras como capa base sobre sustratos de hierro gris. Posteriormente, con la misma técnica de proyección, y bajo condiciones oxidantes y superoxidantes, fueron aplicados como recubrimientos superiores polvos de: Al₂O₃-40 wt. % TiO₂, ZrO₂-36 wt. % Al₂O₃ y Al₂O₃, así como el cermet: Ni-WC, esto con el fin de evaluar la influencia del tipo de llama y el tipo de recubrimiento sobre la resistencia al choque térmico. Los resultados indican que los recubrimientos de Ni-WC manufacturados desde polvos de Eutectic Castolin 10112™ en condiciones oxidantes, así como recubrimientos de ZrO₂-Al₂O₃ fabricados desde polvos nanoaglomerados de Eutectic Castolin 25088™ en condiciones superoxidantes, mostraron los mejores desempeños. La naturaleza del Ni-WC permitió incrementar la resistencia al choque térmico debido al comportamiento termoelástico de la matriz de níquel, así como a la capacidad de contrarrestar las grietas característica de los materiales compuestos. Por su lado, para los recubrimientos de ZrO₂-Al₂O₃, la microestructura bimodal que esta clase de materiales muestra fue la que contribuyó a incrementar la resistencia al choque térmico. Por último, es de notar que los mejores desempeños para ambos tipos de recubrimientos fueron obtenidos en niveles de porosidad entre 20% y 40%.

INTRODUCCIÓN

Los moldes utilizados en la producción de vidrio se fabrican con hierro grafitado compactado, que ofrece mayor resistencia a la fatiga térmica y al desgaste por abrasión que los que tienen escamas y nódulos de grafito [1]. Estos moldes están sometidos a constantes ciclos de calentamiento y enfriamiento, generando grietas por fatiga térmica [1-2]. Estudios realizados anteriormente por otros investigadores indicaron que la resistencia a la fatiga térmica de las lingoteras de arrabio aumenta cuando se deposita en su superficie una capa de adherencia y una capa superior de cerámica mediante procesos de pulverización térmica. Se han depositado NiAl, NiCr y NiCrAl como capa de unión, soportando más de 5000 ciclos de choques térmicos desde 1100 °C hasta el enfriamiento a temperatura ambiente con un chorro de aire, mientras que se han pulverizado ZrO₂-8 wt. % Y₂O₃, ZrO₂-24 wt. % MgO, y Al₂O₃ como capas superiores cerámicas mediante procesos de pulverización por plasma y llama, que soportaron entre 5 y 600 ciclos dependiendo de los parámetros de pulverización y la composición química de los recubrimientos evaluados [2].

Por otro lado, se estudió la resistencia al choque térmico de sustratos de acero inoxidable SUS 304 recubiertos por proceso de pulverización de plasma utilizando NiCoCrAlY como capa de adherencia, y mezclas de Al₂O₃, ZrO₂ estabilizadas con 8 % en peso de Y₂O₃, y con partículas de SiC de tamaño submicrométrico/nanométrico, como capas superiores [3].