Evaluación computacional del efecto de los parámetros de proyección en las propiedades termocinéticas de las partículas en vuelo en la técnica de proyección térmica vía plasma usando Ansys Fluent
Fecha
2023
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
Descripción
La técnica de fabricación de recubrimientos usando proyección térmica por plasma atmosférico o APS por sus siglas en inglés de Atmospheric Plasma Spray, ha sido un método de modificación superficial ampliamente utilizado en los últimos 50 años debido a su capacidad para alcanzar altas temperaturas, lo que puede garantizar la fundición de materiales cerámicos y permite obtener recubrimientos para piezas que son sometidas a condiciones extremas.
En este trabajo, a partir del estudio del estado del arte de la técnica de elaboración de recubrimientos por APS, se desarrolla un protocolo de simulación computacional, usando dos softwares comerciales, para analizar la influencia de parámetros de entrada en el proceso de proyección de las partículas, tales como la potencia de la antorcha y el tamaño de las partículas inyectadas, con el propósito de estudiar el perfil termocinético (temperatura y velocidad) de las partículas al llegar al plano de proyección donde se encuentra el sustrato.
De acuerdo con las simulaciones, las variaciones de temperaturas y velocidades que se consiguen al operar la antorcha en valores que cubren todo su rango de potencias es de 107K (3.5 %) y 16 m/s (8 %), respectivamente. Esto sugiere que, si se desea generar cambios representativos en propiedades microestructurales dependientes de estos parámetros de la partícula, como la porosidad y la dureza, la variación de potencia no es un método recomendado.
Como alternativa, se propone controlar el tamaño de partícula inyectado al jet de plasma, puesto que, los resultados de las simulaciones evidenciaron una fuerte correlación entre las características termocinéticas de las partículas y sus diámetros, dado que el comportamiento observado en partículas de 40 µm de diámetro es que llegan al sustrato con 4000K y 180 m/s de temperatura y velocidad, respectivamente, mientras que aquellas de 80 µm pueden alcanzar los 3000K y 125 m/s.
Palabras clave
Plasma, Simulación, Proyección térmica, Recubrimientos por plasma