2006-01-14 - Nitruración láser en una aleación TiAl.

Este trabajo se enmarca dentro de un estudio para el desarrollo de la aplicación a elevada temperatura de aleaciones intermetálicas titanio / aluminio.


Este trabajo se enmarca dentro de un estudio para el desarrollo de la aplicación a elevada temperatura de aleaciones intermetálicas titanio / aluminio. La utilización de nuevas rutas de fabricación, junto con recubrimientos superficiales apropiados, hanlogrado superar limitaciones térmicas y tribológicas. La aleación seleccionada en estetrabajo ha sido una aleación intermetálica TiAl. Los tratamientos superficiales aplicadosa dicha aleación han sido la nitruración por deposición física de vapor (PVD) y nitruración láser.El objetivo de este trabajo ha sido el de examinar la calidad de las capas nitruradasobtenidas por láser (para diferentes parámetros de proceso y con la correspondientecaracterizaci?n microestructural), así como el comportamiento a fricción de estosmateriales, con y sin tratamiento superficial, simulando en la medida de lo posible, lascondiciones de trabajo. Con estos ensayos se ha tratado de realizar una primera selección para su posterior examen en banco de ensayos. No existe un método de análisis de resistencia al desgaste estandarizado, pero gran cantidad de autores hanutilizado con éxito la configuración "pin-on-disc" o similares -a ciertas temperaturas para estudiar el comportamiento a fricción de este tipo de materiales. Una de las características exigidas más importantes para la capa nitrurada, con el fin de asegurar un bajo desgaste, fue la baja rugosidad superficial (Ra), idealmente por debajo de 0,4 μm.Las operaciones post-nitruración son caras y fueron eliminadas intencionadamente. Otros requisitos solicitados incluyeron la ausencia de grietas, homogeneidad, repetitividad y un corto tiempo de procesado láser. Finalmente, la respuesta de lasmuestras nitruradas por láser fue comparada a las obtenidas en el substrato (titanioaluminio)sin recubrimiento o con un recubrimiento formado por una capa nitrurada porPVD.

El trabajo aquí expuesto está enmarcado en una línea de desarrollo de materiales ligeros con buenas propiedades en servicio y de cara a ser utilizados para reducción de pesos en diferentes componentes (en este caso era de motor de automoción). Para la utilización a alta temperatura en piezas ligeras que posean alta resistencia, las aleacionesde titanio son una alternativa atractiva al acero, debido a su alta relación resistencia /peso y a su resistencia a la corrosión.Sin embargo, en aplicaciones que requieran una alta resistencia a desgaste, lasaleaciones de titanio suponen una desventaja debido a su pobre comportamiento tribológico. Una técnica común para mejorar la respuesta al desgaste de las aleaciones de titanio consiste en nitrurar su superficie, utilizando deposición química o en fasevapor, mediante implantación iónica o refusión superficial en atmósfera de nitrógeno.En este trabajo se ha estudiado la nitruración láser como método rápido para crear una superficie resistente al desgaste en una aleación intermetálica titanio-aluminio. Los objetivos de este trabajo fueron claramente establecidos con el fin de cumplir conrequerimientos especificados para ciertas piezas especiales de motor de automóvil. La aleación titanio-aluminio fue seleccionada como sustituta del acero por sus propiedadesa alta temperatura. La capa de nitruración fue seleccionada con el fin de mejorar significativamente la respuesta a desgaste en las condiciones de trabajo en servicio. Una de las características exigidas más importantes para la capa nitrurada, con el fin deasegurar un bajo desgaste, fue la baja rugosidad superficial (Ra), idealmente por debajode 0,4 μm. Las operaciones de mecanizado post-nitruración son caras y fueroneliminadas intencionadamente (además del poco espesor de las capas). Otros requisitossolicitados fueron la ausencia de grietas, homogeneidad, reproducibilidad y un cortotiempo de procesado láser.Con el fin de obtener una superficie nitrurada óptima, se utilizaron diferentesacercamientos basados en una búsqueda documental sobre tratamientos similares enaleaciones de titanio. Con el fin de evitar la presencia de grietas se ha precalentado elsubstrato], se ha utilizado una atmósfera específica y una optimización de parámetros debarrido del haz láser. En este trabajo todas estas variantes se han utilizado con el fin deobtener el mejor resultado final sobre la aplicación seleccionada. Una vez que se obtuvo la capa nitrurada óptima, las piezas recubiertas fueronensayadas a desgaste, a temperatura, con el fin de cuantificar su comportamiento adesgaste. La respuesta de las muestras nitruradas por láser fue comparada a lasobtenidas en el substrato (titanio-aluminio) sin recubrir y recubierto con una capanitrurada por PVD.

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