The curvature method applied to characterize thermal spray coatings analytical linear elastic analysis

Abstract

La proyecci´on t´ermica es una de las tecnolog´ıas de deposici´on m´as comunes en la industria de recubrimientos gruesos. Durante la deposici´on, la deformaci´on t´ermica entre el sustrato y las capas del recubrimiento desarrolla esfuerzos residuales. El proceso de deposici´on capa por capa genera esfuerzos de temple y granallado que en el equilibrio a trav´es del espesor de la viga compuesta (recubrimiento/sustrato) genera un perfil de esfuerzos residuales. Bajo supuestos el´asticos lineales, un an´alisis anal´ıtico de m´ultiples capas se presenta en este estudio, con el objetivo de calcular el perfil de esfuerzos despu´es del proceso de deposici´on y despu´es de enfriar a temperatura ambiente la viga compuesta. El modelo utiliza datos de curvatura-temperatura adquiridos durante el seguimiento in-situ del proceso de deposici´on. El sustrato t´ıpico para este proceso es una placa delgada que se dobla por la aparici´on de esfuerzos residuales. Todos los esfuerzos t´ermicos producidos durante la deposici´on debido al calentamiento o enfriamiento del material compuesto se han tomado en cuenta. Para la caracterizaci´on de post-procesamiento, la viga de material compuesto puede ser sometido a un ciclo de calentamiento (ciclos de calentamiento-enfriamiento) para obtener el comportamiento de curvatura-temperatura que depende de las propiedades de expansi´on de los materiales, y sus respectivos m´odulos el´asticos en el plano. Un an´alisis anal´ıtico para este experimento ex-situ se presenta para determinar las propiedades del material de revestimiento, espec´ıficamente 1) m´odulo de elasticidad en el plano y/o 2) el coeficiente de expansi´on t´ermica (CTE). Esta infomraci´on es de alto inter´es en la mayor´ıa de los casos pues estas propiedades son desconocidas para el material de recubrimiento, o son altamente dependientes del proceso de deposici´on. Los valores de las propiedades se obtienen como dependientes de la temperatura. Por ´ultimo, un an´alisis de sensibilidad se presenta con el prop´osito de determinar los par´ametros ´optimos para llevar a cabo pruebas de curvatura aplicadas a recubrimientos. El espesor del recubrimiento ´optimo a espesor del sustrato se sugiere en base a las relaciones de m´odulos y de CTE. El objetivo es reducir al m´ınimo los errores relativos en la recopilaci´on de datos curvatura-temperatura durante los experimentos in-situ o ex-situ.