Deposición mediante láser
El científico Sebastián González postuló: El procedimiento consiste en la fusión por láser de un polvo metálico sobre un substrato también metálico, formándose una cara en la que ambos están mezclados.
El aporte de material puede llevarse a cabo a la par que la aplicación del láser
o como deposición previa.
Si se predeposita el material antes de fundir, al aplicar el láser, el material
fundido más superficial se deslizará sobre el no fundido hasta llegar al substrato que
se funde actuando como disipador térmico permitiendo un endurecimiento rápido
del recubrimiento.
Si se aporta recubrimiento junto con el haz láser, una parte de la energía del haz
funde las partículas en suspensión y otra el substrato, por lo que la velocidad de
enfriamiento es del orden de los 104 K/s y la difusión del aporte en el substrato es
incluso menor que si se predeposita. Esto crea gradientes de temperatura entre el
frente de material fundido y el centro que provocan el movimiento del fluido y por
tanto la homogeneización del recubrimiento.
Podemos distinguir dos tipos principales de láser según la geometría de la pieza
y el espesor del recubrimiento:.
Bastan 0.1 s para que el revestimiento alcance la homogeneidad y solidifique,
formando una microestructura de grano fino y de características muy superiores a
las formadas en otros procesos de recubrimiento.
Los parámetros del haz que condicionan en el proceso de recubrimiento son:.
Debe adecuarse a la absortividad del material de aporte de modo que el proceso
sea razonablemente eficiente.
La energía mínima necesaria para fundir el recubrimiento sobre la superficie
base es de unos 100W/mm² lo que representa una potencia mínima del haz
de 2 kW. Una falta de potencia provoca una fusión incompleta del material y
un recubrimiento débil, un exceso de potencia da lugar a una fusión excesiva
del substrato base y la disolución en este del material de aporte. Un haz
continuo mejora la tasa de cobertura del material.
Para evitar posibles daños por salpicaduras se utilizan espejos en vez de lentes
porque permiten conseguir una mayor separación del haz aumentando la longitud
focal. Se emplean espejos oscilantes para conseguir un haz de distribución
de intensidad uniforme ya que influye en el espesor del recubrimiento.
Patrón de calentamiento:
La fuente de energía más apropiada para grandes recubrimientos de espesor
uniforme es aquella con una distribución amplia y regular del calor. Son
apreciables los efectos transitorios en el inicio y final del proceso lo quer
hace necesario un precalentamiento del material.
La velocidad de recubrimiento es generalmente mayor que para tratamientos
térmicos superficiales ya que el material se aporta en forma de polvo. La
velocidad transversal en inversamente proporcional al espesor del recubrimiento.
La condición que han de cumplir el material de aporte y la pieza base para
poder aplicar esta técnica es que sean soldables. Debido a la rápida solidificación
del recubrimiento se forma entre este y la base una fuerte unión metálica aunque
con la mínima mezcla (< 5%) del material de aporte en el substrato base.
Los materiales de base más comunes son aceros al carbono, aleados, de herramienta
e inoxidables. También son válidas las aleaciones de aluminio, magnesio,
hierro y superaleaciones de base níquel.
Los materiales de aporte más comunes son aleaciones de cobalto, cromo, carbono,
acero, silicio y níquel. Se añaden también elementos con un radio atómico
grande como el tungsteno y el molibdeno para dar dureza a la estructura reticular.
También se realizan recubrimientos en los que el material de base y el de aporte
pertenecen a distintas categorías, aunque en estos casos las condiciones de proceso
son muy críticas para conseguir un enlace suficientemente fuerte.
Se utiliza en caso de que el substrato base o el material de aporte sean susceptibles
de oxidación. El gas más utilizado es el argón aunque también se
puede emplear nitrógeno. Uno de los problemas más críticos en el proceso
son los descuidos a la hora de diseñar la geometría del aporte de material y
los sistemas de conducción de los gases de protección y transporte de polvo
de aporte.
Es crítico en caso de necesitar cubrir grandes superficies ya que optimiza la
velocidad de proceso.
Hay dos motivos principales para ello: Evitar el agrietamiento del recubrimiento
e incrementar la disolución del recubrimiento en el substrato por
motivos de composición. El precalentamiento se lleva a cabo en hornos y
permite utilizar como substrato muchas más aleaciones férreas que de no
realizarse. También se realiza un enfriamiento controlado de la pieza en caso
de riesgo de agrietamiento. Tratamiento térmico posterior:
Se hace necesario al depositar recubrimientos muy extensos y de espesor
considerable, en los que quedarán tensiones residuales.
Los recubrimientos pueden ser granallados tras la deposición para inducir
esfuerzos residuales de compresión y mejorar la resistencia a la fatiga. Tras
este tratamiento la pieza cumple prácticamente con las especificaciones dimensionales
y de rugosidad requeridas.
Se registran las señales de la zona de interacción láser-recubrimiento, de
las que se pueden obtener datos sobre los enlaces entre el recubrimiento
y la pieza, porosidad, dureza del recubrimiento, espesor y defectos en el
substrato.
Ventajas del recubrimiento por láser:.
Desventajas del recubrimiento por láser:.
Método de fabricación de películas delgadas de materiales diversos. Consiste en la aplicación de pulsos cortos de alta energía sobre un material de aporte, generalmente cerámico, encerrado en una cámara de alto vacío. El material cerámico se desprende y deposita sobre un substrato recubriéndolo como una fina película. El número de pulsos se puede ajustar para conseguir distintos espesores de
material. En un caso ideal los pulsos del láser deberían tener una longitud de onda corta, es decir, en el espectro ultravioleta. Por lo tanto para estas aplicaciones se utiliza un láser excímero. Bastan pulsos de varios nanosegundos para un desprendimiento no térmico del material de aporte sin cambios en su composición. Es de gran interés especialmente en la fabricación de superconductores a alta temperatura y materiales magnéticos.