Residual stress in high velocity impact coatings modeling approach

Abstract

Los recubrimientos de alta velocidad de impacto son producidos mediante técnicas tales como rociado en frío, rociado cinético, rociado caliente, HVOF, rociado de plasma supersónico, etc. Todos estos procesos tienen en común el impacto de partículas a altas velocidades que produce peening en la superficie e induce esfuerzo residual compresivo en dirección planar hacia el recubrimiento. Si el proceso involucra un ingreso de calor significativo, enfriamiento súbito de splats y descompensación térmica entre recubrimiento y sustrato, un esfuerzo residual térmico es sumado al esfuerzo provocado por el peening para definir el estado de esfuerzo final del sistema. En el presente trabajo se estudia variables físicas como velocidad y temperatura de partícula, masa de partícula, morfología de partícula, masa de partícula y temperatura local de deposición del sustrato con el fin de observar su efecto sobre el esfuerzo residual, y definir su posible manipulación para el diseño de recubrimientos con esfuerzo residual promedio adecuado. Por ejemplo, para aumentar el efecto de peening, las partículas pueden ser proyectadas a mayor velocidad mientras se mantiene la temperatura local de deposición del sustrato baja. Modelar el impacto y enfriamiento de partículas durante la deposición del recubrimiento permite realizar una selección de parámetros clave a través de un análisis de sensibilidad. Un mapa de contorno es producido para selección de parámetros en base a simulación de impacto de partícula (empleando FEA Explicit) y la subsecuente simulación de formación de recubrimiento capa-por-capa (empleando FEA Implicit) mediante el código ABAQUS. El modelo Johnson-Cook para alta deformación, tasa de deformación y temperatura es usado como la ecuación constitutiva para el estudio del impacto y rápido enfriamiento de partículas en este modelo.