Fabricación de polvo metálico para acondicionamiento de hierro fundido como sustrato de fabricación aditiva
El objetivo principal de este trabajo es diseñar y desarrollar un polvo metálico para su uso como pintura en moldes de fundición, lo que permite la posterior deposición de L-DED sobre las piezas para aumentar la resistencia a la corrosión y/o al desgaste. El hierro fundido se utiliza ampliamente en la fabricación de diversos componentes con geometría y cavidades complejas debido a su buena colabilidad, bajo coste y excelente maquinabilidad. Actualmente, se emplean diferentes tecnologías de modificación superficial para aumentar la resistencia al desgaste y/o a la corrosión, pero aún existen numerosos problemas, como la limitación del espesor del recubrimiento, el alto coste y la complejidad de los equipos [1]. La L-DED (Deposición Directa de Energía Láser) se ha propuesto como una posible solución sin un aumento sustancial del precio. Sin embargo, la L-DED sobre componentes de hierro fundido es un proceso difícil y complejo debido al riesgo de formación de campos térmicos y de tensión heterogéneos como resultado de las propiedades del grafito y la matriz, la formación de poros para el dióxido de carbono producido durante la radiación del haz láser y la formación de fases duras y frágiles debido a la alta velocidad de enfriamiento, que puede provocar la formación de grietas [2].
Se propone un recubrimiento intermedio con polvo rico en níquel. Para ello, se atomizó un alambre de Ni-3Ti de Ø 1 mm en el atomizador de polvo metálico ATO Lab+ de Azterlan, utilizando el módulo ultrasónico de 35 kHz y los siguientes parámetros de proceso: caudal de argón de 20 l/min, potencia de la bomba al 70 %, intensidad de arco de 100 A y amplitud ultrasónica del 80 %. La Tabla 1 compara la composición química del alambre y el polvo de Ni-3Ti. Salvo pequeñas variaciones, el cambio más importante fue la pérdida de Mn (~38 %).
Como se puede observar en la Figura 1, el polvo producido presenta una excelente esfericidad sin satélites. Se observan manchas oscuras en algunas partículas, identificadas como titanio mediante análisis EDX con microscopio electrónico de barrido (SEM).
El polvo de Ni-3Ti se mezcló con un aglutinante que se aplicó como capa en la parte inferior de un molde de arena. Posteriormente, se mantuvo durante 24 horas a temperatura ambiente para eliminar la humedad y obtener un recubrimiento sólido. La fundición de hierro con alto contenido de silicio se fundió en un horno de media frecuencia con una temperatura de fundición de ~1510-1520 °C y se vertió en el molde de arena evitando el vertido directo sobre el recubrimiento. Tras el desmoldeo, la superficie se granalló y se depositó una capa monocapa de L-DED con polvo Inconel 625 mediante MESHIND, utilizando una máquina L-DED Trumpf TruLaserCell 3000. La Figura 2a muestra la microestructura de la fundición de hierro con alto contenido de silicio recubierta con polvo de Ni-3Ti. Existe un recubrimiento de transición entre la fundición y el recubrimiento de Ni. La Figura 2b muestra la microestructura tras la deposición de L-DED. Cabe destacar que no se observan carburos. Por lo tanto, es posible aplicar un recubrimiento duro sobre la fundición introduciendo una capa de difusión intermedia de una aleación de Ni-3Ti a base de polvo.
Autores/as:
Oier Barrenetxea (AZTERLAN), Xabier Lasheras (AZTERLAN), Rodolfo González-Martínez (AZTERLAN), S. Wielowieyski (3D Lab Sp. Z o.o.), Garikoitz Artola (AZTERLAN), Ana Isabel Fernández-Calvo (AZTERLAN).
Keywords:
Polvos metálicos, atomizado polvos metálicos, fundición alto silicio, LMD, L-DED, modificación superficial, fundición in-situ.