Recubrimientos de carburo

Mar 20, 2024

El Dr. Yuri Zhuk explora el tungsteno/carburo de tungsteno CVD como sustituto del cromo duro y los recubrimientos por pulverización térmica.

Airbus y otros usuarios globales de componentes críticos aeroespaciales, de energía y de control de flujo están adoptando un recubrimiento de matriz metálica de tungsteno/carburo de tungsteno desarrollado en el Reino Unido como reemplazo del cromado duro (HCP) y el recubrimiento de pulverización térmica, HVOF.

Las regulaciones REACH (Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Productos Químicos) de la UE y el Reino Unido prohibirán el uso de sales cancerígenas de cromo hexavalente utilizadas en la producción de HCP para abril de 2024 debido a riesgos para la salud y el medio ambiente. La búsqueda de un reemplazo adecuado ha sido una prioridad clave en la cadena de suministro para los fabricantes de aviones y otros usuarios de HCP durante varios años.

HVOF es uno de los recubrimientos por pulverización térmica más utilizados y, a menudo, se considera una alternativa al HCP. Sin embargo, tiene varias limitaciones; Los recubrimientos por pulverización térmica pueden formar una capa gruesa (de hasta varios mm) en superficies externas, pero no se pueden aplicar en superficies fuera de la vista o en geometrías complejas. No forman una unión química o metalúrgica fuerte con la pieza recubierta y dependen de la rugosidad del sustrato para formar la clave de su adhesión mecánica. Como resultado, el recubrimiento depositado es muy rugoso y, al igual que con el HCP, requiere esmerilado para lograr un acabado aceptable.

Hardide Coatings, un desarrollador de recubrimientos de superficie avanzados con sede en el Reino Unido, ha desarrollado una familia de recubrimientos nanoestructurados de matriz metálica de tungsteno/carburo de tungsteno con deposición química de vapor (CVD) a baja temperatura, diseñados como alternativas a HCP y HVOF, superando a ambos en muchas propiedades críticas.

El proceso CVD significa que el recubrimiento Hardide CVD puede alcanzar superficies internas y externas y cubrir geometrías complejas a diferencia de HCP y HVOF. HCP y HVOF deben pulirse después del recubrimiento para lograr tolerancias y un acabado superficial uniforme. Esto añade costes y tiempo de producción y restringe la forma de las piezas a recubrir a caras simples, planas o cilíndricas. Los recubrimientos Hardide CVD, tal como se aplican, suelen tener un acabado superficial de ~0,5 - 0,6 micrones Ra, que se puede pulir a 0,2 - 0,3 micrones Ra sin necesidad de esmerilado.

Hardide-A fue desarrollado específicamente para satisfacer las necesidades de la industria aeroespacial y coincide con el espesor (50 – 100 micrones) y la dureza (800 – 1200 Hv) del HCP, lo que simplifica el cambio al eliminar la necesidad de cambiar los dibujos y dimensiones del revestimiento previo. .

Debido a la baja expansión térmica de Hardide-A, el recubrimiento depositado normalmente se encuentra bajo tensión residual de compresión y está libre de las microfisuras típicas del HCP. Como resultado, el recubrimiento de carburo de tungsteno CVD es una excelente barrera contra la corrosión, superando al HCP en esta importante característica. El recubrimiento tiene ductilidad y tenacidad mejoradas, una carga de fatiga mínima: un rendimiento de fatiga de ciclo alto mucho mejor que el HCP o el HVOF, y proporciona una protección mejorada contra el irritamiento.

Después de un largo y extenso programa de pruebas, Hardide Coatings fue seleccionada por Airbus para proporcionar su recubrimiento Hardide-A como reemplazo del HCP y ahora está recubriendo componentes de alas para los aviones Airbus A320, A330, A380 y A400M. Una de las piezas fabricadas con una placa de acero delgada tenía especificado un revestimiento HVOF, pero en producción la mayoría de las piezas se pandearon después del revestimiento HVOF cuando la capa de pulverización térmica se enfrió. El recubrimiento Hardide CVD demostró ser una mejor alternativa sin distorsión de las piezas. Un fabricante europeo de helicópteros aprobó el recubrimiento Hardide CVD en un eje de caja de cambios que reemplaza el recubrimiento HVOF, ya que se demostró que el recubrimiento Hardide suave era mucho menos abrasivo para los sellos, lo que reduce el riesgo de fugas de aceite y reduce el mantenimiento. Un importante productor de bombas de desplazamiento positivo con sede en EE. UU. utiliza cada vez más el recubrimiento CVD para reemplazar el HCP tanto en pistones como en cilindros y ha informado de un aumento de 3 veces en la vida útil de la bomba cuando maneja fluidos abrasivos.

Cada alternativa al cromo duro y HVOF tiene características diferentes y ninguna será un reemplazo exacto, por lo que la evaluación de la aplicación y sus requisitos de rendimiento es esencial para determinar la mejor solución. Ese enfoque, seguido de pruebas exhaustivas y evaluaciones basadas en evidencia para garantizar que se cumplan los criterios de rendimiento, identificará la alternativa más adecuada para el reemplazo de cromo duro y HVOF componente por componente.

El Dr. Yuri Zhuk es el director técnico deRecubrimientos duros