Modificación superficial por láser de recubrimientos protectores de Al sobre acero

Resumen

Esta investigación de Tesis, teniendo por título Modificación Superficial por Láser de Recubrimientos Protectores de Al sobre Acero, se circunscribe al campo de la Ingeniería de Materiales, particularmente la de Superficies. Con esta idea se ha tomado como referencia un sistema material conformado por un recubrimiento metálico sobre acero (aluminuros de Fe sobre acero grado P92), de uso extendido en el sector energético convencional, con combustibles fósiles. Aplicando un procesado láser avanzado se busca optimizar las propiedades químicas y físicas que confieren el carácter protector último a un recubrimiento, haciéndolo más versátil y competitivo frente a otras alternativas de protección. De forma práctica se ha buscado procesar tanto sistemas materiales en los que ya se hubiera formado la capa protectora de aluminuros de Fe, como obtener dicha capa mediante el procesado de muestras de acero con una precapa de Al. Al contar con ambos enfoques se permite valorar con mayor precisión el alcance y desarrollo del tratamiento láser aplicado. Convencionalmente el procesado láser en ingeniería de superficies, enfocada a recubrimientos protectores, ha adolecido de carencias significativas en la calidad del acabado superficial y de la microestructura de las fases constitutivas del sistema protector. Modificando el uso del haz láser respecto al procedimiento habitual usado en, por ejemplo, la fabricación de plaqueados metálicos (cladding), pueden llegar a lograrse notables avances. En este sentido se han considerado dos parámetros experimentales clave: la velocidad de barrido puntual del haz láser sobre la superficie, y la velocidad de desplazamiento de la muestra, en perpendicular al sentido del barrido del haz. Además de estos parámetros se ha explorado la influencia de la atmósfera circundante durante el procesado láser por su influencia clave en las características del recubrimiento resultante. Adaptando el diseño experimental a la disponibilidad de medios técnicos y materiales, se ha podido avanzar en el estudio del aleado láser del sistema FeAl. En este sentido se ha logrado, gracias al control de atmósfera aplicado, llegar a controlar el proceso de resolidificación sin inducir pérdidas en el espesor de capa aleada. Igualmente se logró finalmente modificar satisfactoriamente los parámetros superficiales de la capa aleada, haciéndola menos rugosa que los recubrimientos originales. Además se logró controlar el proceso de resolidificación, incidiendo en dos de los aspectos clave de la investigación: la direccionalidad microestructural y la especiación de la capa aleada, obteniendo una serie de intermetálicos FeAl de interés, similares a los producidos por vías convencionales. Sobre la base de este trabajo de investigación se posibilita estudiar en mayor detalle varios aspectos de interés para maximizar el rendimiento material del sistema Fe-Al aleado con láser. En esta línea se apunta a incidir en la distribución de ciertos elementos (caso del Cr particularmente, o el N), precipitables bajo distintas especiaciones a lo largo de la capa aleada; tengan dichos elementos de interés origen bien en el propio sustrato o bien como adiciones específicas a la precapa de aluminizado. Se abriría, en paralelo, la posibilidad de mejorar la eficiencia óptica del aleado láser. En este sentido se habría de estudiar la adaptabilidad del sistema láser para piezas de dimensiones industriales, con geometrías complejas. Incluso su aplicación in situ, controlando la atmósfera del procesado láser, por ejemplo, en operaciones de reparación. Dichas adiciones, en conjunción con el control microestructural de la capa aleada, han de ser evaluadas en relación a su rendimiento como sistema protector. En ese sentido se habrían de abordar ensayos de corrosión bajo distintas atmósferas, simuladas y reales, propias de instalaciones energéticas industriales.