Evaluación del efecto del texturizado láser superficial en el comportamiento tribológico de recubrimientos nicrbsi plaqueados por láser.

Resumo

El uso de recubrimientos para la mejora del comportamiento tribológico de los materiales es práctica habitual, buscando menores coeficientes de fricción y mayor resistencia a desgaste, si bien en la actualidad la variedad de aleaciones empleadas como recubrimiento es elevada, para esta investigación se considera una aleación del tipo NiCrBSi. Las aleaciones de medio a alto contenido en cromo generalmente son también las de más contenido en boro, formando boruros de cromo que es la fase dura básica de estas aleaciones, junto con algunos carburos de cromo (la resistencia al desgaste es función de la cantidad de carburos y boruros) embebidos en una matriz de níquel-cromo. Esta elevada dureza dotará al recubrimiento de un buen comportamiento a desgaste. Para la realización de los recubrimientos se emplea la técnica de plaqueado láser, consistente en la fusión, mediante la energía aportada por el haz láser, sobre un substrato de un material de recubrimiento con las propiedades deseadas. Durante este proceso también se produce una mezcla entre ambos materiales (dilución) que interesa mantener acotada de manera que sea lo menor posible pero que, a la vez, presente una buena unión entre ambas capas. Otras técnicas de tratamientos superficiales, como el spray de plasma y la soldadura por arco entre otras, tienen como inconvenientes la presencia de porosidad, la elevada afectación térmica, la inadecuada fijación de la capa de recubrimiento al substrato y la dilución sustrato-recubrimiento. Siendo la principal ventaja del cladding su buen comportamiento en todos estos aspectos. La novedosa aportación en este campo de la presente Tesis consiste en la realización, posterior al plaqueado, del texturizado superficial del recubrimiento, consistente en generar taladros micrométricos con diferentes geometrías, distribuciones y densidades que actúan como depósitos de lubricante que puede ser aportado a la intercara en situaciones de lubricación crítica. De igual manera las cavidades, surcos y valles creados en la superficie pueden atrapar las partículas generadas por el desgaste, reduciendo la abrasión. La presencia de irregularidades en las superficies mejora su mojabilidad frente a lubricantes favoreciendo la formación de la película lubricante, actuando también, a altas velocidades y con suficiente aporte de fluido lubricante, como bolsas de presión hidrodinámica que reducen la fricción salvo que se llegue a generar cavitación o turbulencias en las cavidades. El texturizado láser de superficies tribológicas genera una reducción significativa de la fricción y el desgaste bajo condiciones de deslizamiento con lubricación hidrodinámica o mixta, lo que representa un importante paso en el camino hacia el uso de lubricantes con base aceite de muy baja viscosidad, sin presencia de sulfuros ni fósforo y reduciendo de esta manera la huella medio-ambiental del sistema mecánico. Los resultados de la Tesis confirman las hipótesis de partida, lográndose reducir el coeficiente de fricción en lubricación mixta e hidrodinámica y observándose el efecto de los micro-taladros como depósitos de lubricante que protegen la superficie del recubrimiento. De igual manera se obtuvieron los parámetros óptimos de programación de los diferentes dispositivos láser empleados para los procesos de cladding y texturizado mediante los correspondientes diseños de experimentos e interpretación estadística de sus resultados. Durante el desarrollo de la Tesis también se crearon dos aplicaciones informáticas orientadas al estudio y análisis de imágenes obtenidas tanto por microscopía óptica (bidimensionales) como por microscopía confocal (tridimensionales).