Desarrollo y optimización del proceso de reconstitución de polvos nanoestructurados para proyección térmica por plasma
- Autores: Mónica Vicent Cabedo
- Directores de la Tesis: Enrique Sánchez Vilches (dir. tes.), Rodrigo Moreno (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Jaume I ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Dolores Salvador Moyá (presid.), Vicente Cantavella Soler (secret.), Ana Maria Bastos da Costa Segadães (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En numerosos sectores industriales se requieren recubrimientos avanzados para mejorar las características superficiales de los elementos estructurales o para funcionalizar una superficie. En el primer caso, el objetivo suele ser la mejora de las propiedades del material base para proporcionar una protección frente al desgaste, la corrosión, el ataque químico, el choque térmico, etc. En el segundo caso, el recubrimiento proporciona una nueva función a la superficie; es el caso de los recubrimientos auto-lubricantes, fotocatalíticos o auto-limpiantes, entre otros.
En este trabajo se pretende desarrollar recubrimientos nanoestructurados de altas prestaciones sobre sustratos metálicos de acero inoxidable, a partir de polvos nanostructurados reconstituidos.
La novedad más significativa de este trabajo es la capacidad de producir los polvos cerámicos de partida, con la consiguiente ventaja de poder controlar su composición y morfología. Para la reconstitución del polvo, se han preparado suspensiones concentradas de nanopartículas de los materiales a depositar que han sido pulverizadas y posteriormente secadas, con el objeto de obtener un polvo nanoestructurado proyectable, en un equipo de proyección térmica por plasma. De cara a la proyección, se precisa someter el polvo obtenido a un tratamiento térmico posterior al secado y previo a la proyección. Este proceso global (aglomeración de las nanopartículas y posterior tratamiento térmico) se conoce como proceso de reconstitución.
Los recubrimientos que se pretenden desarrollar están basados en mezclas de óxidos cerámicos tales como Al2O3 y TiO2. La elección de estos materiales está basada, principalmente, en el gran número de aplicaciones de estos recubrimientos con propiedades térmicas, mecánicas y tribológicas mejoradas, así como fotocatalíticas (en el caso del TiO2). El destino de estas aplicaciones abarca tanto a sectores industriales más tradicionales (metal-mecánico, cerámica, papel, textil, fabricación de bienes de equipo,¿) como industrias de alta tecnología (automoción, energía, biotecnología, aeroespacial,...).
Finalmente, se han caracterizado las estructuras de los recubrimientos obtenidos y se han determinado sus propiedades térmicas, mecánicas y tribológicas, tratando de correlacionar los parámetros de procesamiento con la microestructura y propiedades de los recubrimientos y comparándolos con recubrimientos homólogos preparados con polvos micrométricos y polvos nanoestructurados comerciales.
[1] DEJANG, N.; WATCHARAPASORN, A.; WIROJUPATUMP, S.; NIRANATLUMPONG, P.; JIANSIRISOMBOON, S. Fabrication and properties of plasma-sprayed Al2O3/TiO2 composite coatings: A role of nano-sized TiO2 addition. Surface and Coatings Technology, 204(9-10), 1651-1657, 2010.
[2] FAUCHAIS, P.; VARDELLE, M.; COURDET, J.F.; VARDELLE, A.; DELBOS, C.; FAZILLEAU, J. Thermal plasma deposition from thick to thin coatings and from micro- to nanostructure. Pure and Applied Chemistry, 77(2), 475-485, 2005.
[3] FAUCHAIS, P.; MONTAVON, G.; BERTRAND G. From powders to thermally sprayed coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 19(1-2), 56-80, 2010.
[4] FAUCHAIS, P.; MONTAVON, G.; LIMA, R.S.; MARPLE, B.R. Engineering a new class of thermal spray nano-based microstructures from agglomerated nanostructured particles, suspensions and solutions: An invited review. Journal of Physics D: Applied Physics, 44(9), 093001, 2011.
[5] FAURE, B.; LINDELØV, J.S.; WAHLBERG, M.; ADKINS, N.; JACKSON, P.; BERGSTRÖM, L. Spray drying of TiO2 nanoparticles into redispersible granules. Powder Technology, 203(2), 384-388, 2010.
[6] FAZIO, S.; GUZMÁN, J.; COLOMER, M.T.; SALOMONI, A.; MORENO, R. Colloidal stability of nanosized titania aqueous suspensions. Journal of the European Ceramic Society, 28(11), 2171-2176, 2008.
[7] GELL, M. Application opportunities for nanostructured materials and coatings. Materials Science and Engineering: A, 204(1-2), 246-251, 1995.
[8] GELL, M.; JORDAN, E.H.; SOHN, Y.H.; GOBERMAN, D.; SHAW, L.; XIAO, T.D.; Development and implementation of plasma sprayed nanoestructured ceramic coatings. Surface and Coatings Technology, 146-147, 48-54, 2001.
[9] JORDAN, E.H.; GELL, M.; SOHN, Y.H.; GOBERMAN, D.; SHAW, L.; JIANG, S.; WANG, M.; XIAO, T.D.; WANG, Y.; STRUTT, P. Fabrication and evaluation of plasma sprayed nanostructured alumina-titania coatings with superior properties. Materials Science and Engineering: A, 301(1), 80-89, 2001.
[10] LANGE, F.F. Powder processing science and technology for increased reliability. Journal of the American Ceramic Society, 72(1), 3-15, 1989.
[11] LIMA, R.S.; MARPLE, B.R. Thermal spray coatings engineered from nanostructured ceramic agglomerated powders for structural, thermal barrier and biomedical applications: A review. Journal of Thermal Spray Technology, 16(1), 40-63, 2007.
[12] LUO, H.; GOBERMAN, D.; SHAW, L.; GELL, M. Indentation fracture behavior of plasma-sprayed nanostructured Al2O3-13wt.%TiO2 coatings. Materials Science and Engineering: A, 346(1-2), 237-245, 2003.
[13] MARPLE, B.R.; LIMA, R.S. Engineering nanostructured thermal spray coatings: Process-property-performance relationships of ceramic based materials. Advances in Applied Ceramics, 106(5), 265-275, 2007.
[14] MORENO, R. Reología de suspensiones cerámicas. Madrid: CSIC, 2005.
[15] PAWLOWSKI, L. Finely grained nanometric and submicrometric coatings by thermal spraying: A review. Surface and Coatings Technology, 202(18), 4318-4328, 2008.
[16] PAWLOWSKI, L. The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings. 2nd ed. Villeneuve d¿Ascq (France): John Wiley & Sons Inc., 2008.
[17] SÁNCHEZ, E.; CANTAVELLA, V.; BANNIER, E.; SALVADOR, M.D.; KLYASTKINA, E.; MORGIEL, J.; GRZONKA, J.; BOCCACCINI, A. Deposition of Al2O3-TiO2 nanostructured powders by atmospheric plasma spraying. Journal of Thermal Spray Technology, 17(3), 329-337, 2008.
[18] ZAINUDDIN, M.I.; TANAKA, S.; FURUSHIMA, R.; UEMATSU, K. Correlation between slurry properties and structures and properties of granules. Journal of the European Ceramic Society, 30(16), 3291-3296, 2010.
