MÁSTER EN INGENIERIA MECÁNICA Y MATERIALES
Ca ac e ización mic oes uc u al
de ecub imien os de
supe aleaciones ob enidas po
deposición é mica
T abajo Fin de Más e
Realizado
Juan Vicen e Miguel Guillem
Di igido
Vicen e Amigó Bo ás
Depa amen o de Ingenie ía Mecánica y de Ma e iales
Uni e si a Poli ècnica de
València
Índice
1 Mo i ación ........................................................................................................... 1
2 Obje i os .............................................................................................................. 2
2.1 Obje i o Gene al, ......................................................................................... 2
2.2 Obje i os especí icos ................................................................................... 2
3 Es ado del A e .................................................................................................... 3
3.1 Supe aleaciones ........................................................................................... 3
3.1.1 Aplicaciones de las supe aleaciones. ................................................... 4
3.1.2 Supe aleaciones base cobal o ............................................................. 5
3.1.3 Supe aleaciones base niquel ............................................................... 6
3.1.4 Fases, c is alog a ía y mic oes uc u a en las aleaciones MC AlY ....... 8
3.2 Deposición é mica .................................................................................... 10
3.2.1 HVOF (High Veloci y Oxy-Fuel) .......................................................... 13
3.2.2 Plasma sp ay ...................................................................................... 14
3.3 F icción y desgas e en ecub imien os MC AlY ......................................... 16
3.4 Reseñas del es ado del a e ....................................................................... 21
4 Plani icación ....................................................................................................... 25
4.1 P ime a ase, Ca ac e ización del pol o u ilizado ..................................... 25
4.2 Segunda ase, Recub imien o del sus a o ................................................ 25
4.3 Te ce a ase, Ca ac e ización del ecub imien o ob enido ....................... 25
4.4 Cua a ase, Ca ac e ización ecnológica, icción y desgas e ................... 27
5 Desa ollo expe imen al .................................................................................... 29
5.1 Ca ac e ización del pol o u ilizado ............................................................ 29
5.1.1 G anulome ia ................................................................................... 29
5.1.2 Mo ología ......................................................................................... 30
5.1.3 Densidad supe aleaciones ................................................................ 31
5.1.4 Di acción de ayos X de los pol os MC AlY ...................................... 31
5.2 Recub imien o del sus a o ....................................................................... 32
5.3 Ca ac e ización del ecub imien o ob enido ............................................. 32
5.3.1 P epa ación mues as me alog á ícas ............................................... 32
5.3.2 Espeso y po osidad ........................................................................... 35
5.3.3 Ca ac e ización mic o es uc u al ..................................................... 35
5.3.4 Ensayo de lexión ............................................................................... 35
5.3.5 Mic odu eza ....................................................................................... 37
5.4 Ca ac e ización ecnológica, icción y desgas e ....................................... 38
6 Resul ados ob enidos. ....................................................................................... 41
6.1 Ca ac e ización del ecub imien o ob enido ............................................. 41
6.1.1 Espeso .............................................................................................. 41
6.1.2 Po osidad ........................................................................................... 42
6.1.3 Topología ........................................................................................... 43
6.1.4 P opiedades mecánicas ..................................................................... 45
6.1.5 Mic oes uc u a y ases p esen es .................................................... 49
6.2 Ca ac e ización ecnológica, icción y desgas e ....................................... 53
7 Discusiones ........................................................................................................ 59
7.1 Ca ac e ización del ecub imien o ob enido ............................................. 59
7.1.1 Po osidad ........................................................................................... 59
7.1.2 Mic odu eza ....................................................................................... 60
7.2 Mic o es uc u a y ases p esen es ........................................................... 61
7.2.1 NiCoC AlY ........................................................................................... 61
7.2.2 CoNiC AlY ........................................................................................... 62
7.3 Ca ac e ización ecnológica, icción y desgas e ....................................... 64
8 Conclusiones ...................................................................................................... 70
8.1 Recub imien o ob enido............................................................................ 70
8.2 F icción y desga e ...................................................................................... 72
9 Bibliog a ía ......................................................................................................... 74
10 Publicaciones en e is as y pa icipaciones en cong esos de i ado del abajo
in de más e . ............................................................................................................. 77

Mo i ación y Obje i os
1
1 Mo i ación
F en e a la exigencia de una mayo e iciencia ene gé ica o la mejo a de la
co osión a al as empe a as han apa ecido una g an can idad de supe aleaciones,
MC AlY, donde M son bases de Cobal o(Co), Níquel(Ni) o Níquel-Hie o(Ni-Fe),
con p opiedades é micas, mecánicas y ibológicas mejo adas, en e a los
sus a os con encionales base Hie o, como los ace os inoxidables que es án
limi ados has a 500o C en medios co osi os debido a la a inidad del ca bono a
combina se con el c omo, dando luga a la o mación de ca bu os de c omo que
disminuye sensiblemen e la esis encia del ma e ial an e la co osión (co osión
in e g anula ).
El ámbi o de aplicación de las supe aleaciones es p incipalmen e la indus ia
ae onáu ica, en los álabes de las u binas y zonas expues as a una
oxidación/co osión a al as empe a u as, donde el compo amien o ibológico, a
la e osión o desgas e son ac o es limi an es pa a aleaciones de base hie o. Es en
es e ipo de aplicaciones, debido a la geome ía de las piezas a p o ege , de odas
las écnicas conocidas pa a aplica ecub imien os, la deposición é mica, y en
especial la écnica High Veloci y Oxigen-Fuel p esen a una g an e sa ilidad de
aplicación.
O a aplicación de es as supe aleaciones es la u ilización como capa de anclaje
en e el sus a o base hie o y ma e iales ce ámicos pa a c ea conjun amen e los
denominados ecub imien os de ba e as é micas, mejo ando la e iciencia
ene gé ica de aquellas aplicaciones donde se puede u iliza .
La mo i ación de es e abajo es mejo a el compo amien o ibológico a al a
empe a u a del ace o inoxidable, además de compa a los esul ados ob enidos
en mic oes uc u a, p opiedades mecánicas y ibología con o os abajos que
han u ilizado las mismas supe aleaciones, con de e en es écnicas de deposición
é mica.
Mo i ación y Obje i os
2
2 Obje i os
2.1 Obje i o Gene al,
El obje i o undamen al del p esen e abajo es ca ac e iza los ecub imien os
que mejo en la esis encia al desga e a al as empe a u as de ace os inoxidables,
empleando supe aleaciones de base níquel y base cobal o de la amilia MC AlY,
deposi as median e la écnica de p oyección é mica de al a elocidad (High
Veloci y Oxygen-Fuel, HVOF).
Con el in de log a es e obje i o gene al se plan ean los siguien es obje i os
especí icos:
2.2 Obje i os especí icos
La ca ac e ización de las supe aleaciones, sob e ace o inoxidable aus ení ico
median e,
• Ca ac e ización del pol o, sus a o y p oceso u ilizados.
• Ca ac e ización del ecub imien o ob enido, analizando la geome ía de la
capa log ada, con el in de con ola el espeso , po osidad y de ec os
p esen es.
• Ca ac e ización de las p opiedades mecánicas, ealizando ensayos de
mic odu eza y lexión de las di e en es supe aleaciones empleadas.
• Ca ac e ización mic o es uc u al y ases p esen es, median e mic oscopia
óp ica y elec ónica, así como po di acción de ayos X.
• Ca ac e ización ecnológica, es udiando el compo amien o de los
ecub imien os con ensayos de icción y de desga e a empe a u a
ambien e y al a empe a u a.
Es ado del A e
3
3 Es ado del A e
Con el espí i u de conoce las expe iencias y li e a u a écnica e e en e a la
ca ac e ización de supe laciones po deposición é mica, se ealiza un
b ains o ming de palab as cla e pa a p ocede a la búsqueda, en las bases de
da os cien í icas, biblio ecas e in o mación disponible en in e ne
P e ia selección de documen os, se pasa a la lec u a de la in o mación ob enida y
ex acción de in o mación ele an e pa a o ma un ema io, con és e se
p ocede á al lis ado de eseñas del es ado del a e.
Lis ado de palab as cla es en la ca ac e ización de supe laciones po HVOF
T as analiza los obje i os del abajo y consul a a compañe os y p o eso es,
ob eneos un lis ado de palab as elacionadas con el abajo a desa olla que nos
pe mi i á de e mina un pun o de pa ida en la búsqueda de in o mación, las
p incipales palab as cla es seleccionadas han sido,
Cha ac e iza ion/Mic os u u al cha ac e iza ion/The mal sp ay/The mal Ba ie
Coa ings/High Veloci y Oxi Fuel/Supe alloy/Cobal alloy/Niquel
alloy/Coa ing//Oxida ion/Po osi y/NiCoC AlY/CoNiC AlY/Co osion/ Coa ing
Wea /Wea - a e /The mal ba ie coa ing/applica ion supe alloys.
Las palab as cla e han sido buscadas en inglés pa a amplia el alcance de la
búsqueda.
Base de Da os
Las p incipales bases de da os u ilizadas en las búsqueda de in o mación han sido
Scopus/Else ie /Biblio eca UPV/Tesinas/Doc o ados/In e ne /Schola
google/Manuales Sulze Me co/Manuales HVOF Oe likon.
3.1 Supe aleaciones
Las supe aleaciones son los ma e iales me álicos que ienen unas p opiedades de
igidez y esis encia a luencia a al as empe a u as, p esen ando una buena
es abilidad supe icial, a la co osión y la oxidación, además p esen an ma ices
Es ado del A e
4
aus eni icas y es uc u as c is alinas cubicas cen ada en ca as, siendo los
p incipales elemen os de las ma ices, níquel, cobal o o níquel-hie o.
El e mino supe aleación ue u ilizado po p ime a ez después de la segunda
gue a mundial, desc ibiendo así las aleaciones c eadas pa a u iliza se en las
comp eso es y alabes de los mo o es de u bina pa a la a iación que equie en
una uncionalidad y es abilidad a al as empe a u as. El campo de aplicación de
las supe aleaciones de las supe aleaciones se ha ex endido a sec o es como la
cogene ación de ene gía, obe as en p opulsión en cohe es/misiles, indus ia
química así como plan as pe olí e as.
Ejemplos de supe aleaciones conocidas, po se las pione as y debido a su buen
esul ado son los siguien es, Has elloy, Inconel (e.g. IN100, IN600, IN713),
Waspaloy, Rene alloys (e.g. Rene 41, Rene 80, Rene 95, Rene N5), Haynes alloys,
Incoloy, MP98T, TMS alloys, and CMSX (e.g. CMSX-4) single c ys al alloys.
Una nue a aplicación de las supe aleaciones es la u ilización de las mismas es
como ba e a de anclaje pa a un ma e ial ce ámico, p incipalmen e en el ámbi o
de aumen o de e iciencia en u binas/alabes/e c., es e p oceso se conoce como
ecub imien os de ba e as é micas, pos e io men e se explica con mayo de alle
debido su impo ancia.
3.1.1 Aplicaciones de las supe aleaciones.
Como hemos mencionado an e io men e, Un ejemplo de aplicación p ác ico de
las supe aleaciones de base níquel es el ecub imien o de álabes pa a una u bina
de gas ( igu a 1), se mues a una ep esen ación de una u bina con sus dis in as
pa es in e nas, mien as que en la igu a 2 se mues a un alabe eal con signos de
daño po co osión y oxidación a al a empe a u a. Los álabes suelen ab ica se
con supe aleaciones y capas de ba e a é mica con aleaciones MC AlY como
ecub imien o pa a sopo a las condiciones ex emas de empe a u a y
a mos e a de abajo.
Es ado del A e
11
Figu e 6. Ejemplo ilus ado de [Cen o s iluppo ma e iali TB, web]
Es aquí donde se ha demos ado que los pa áme os aplicados en el p oceso de
HVOF ienen un in luencia en la ca ac e ís ica del ecub imien o de anclaje, la
can idad de oxigeno, el amaño de la pa ícula y la empe a u a del sus a o, en e
o os. Los ecub imien os de ba eas é micas o The mal Ba ie coa ing (TBC),
como se les conoce en inglés son los más a anzados ma e iales u ilizados como
ecub imien os.
Figu e 7. De alle ilus ado de in e ne [Subs ech, web]
La p incipal aplicación es la de educi la ans e encia é mica de un p oduc o,
aplicando una se ie de capas.
El sus a o puede se an o me álico o los más a anzados, basados en políme os
e moes able, así mismo, como ecub imien o de anclaje en e la ba e a é mica
y el sus a o, se suelen u iliza supe aleaciones de base Ni, Co, po su es abilidad
de capa oxido é micamen e c ecida que p esen an.

Es ado del A e
12
Finalmen e como ba e a é mica las más u ilizadas son,
• Zi conia (Z O2)
• Y io (Y2O3)
• Magnesia (MgO)
• Alúmina (Al2O3)
• Be ilia
La p oyección del pol o undido p oduce un e ec o de aglome ado o solape mo a
de pol o a pol o p esen ando una mo ología, el impac o dependiendo de la
ciné ica que lle e, p esen a unas escames o splahs que, pa ícula sob e pa ícula,
dan o ma a la supe icie del ecub imien o.
Recub imien os esis en es a al as empe a u as. La capacidad de man ene
buenas p opiedades esis en es an o mecánicas como de es abilidad química
a ele adas empe a u as de se icio es undamen al pa a la ab icación de
ma e iales e ac a ios. Los sis emas más empleados pa a es e ipo de
ecub imien os son las aleaciones base níquel.
Recub imien os esis en es a la e osión. La esis encia a la e osión es la
p opiedad de del ma e ial de no des ui se bajo la acción de lujos de gas,
líquido o pa ículas sólidas, así como el enómeno de la ca i ación y bajo las
desca gas eléc icas. Pa a es e ipo de p o ección se suele emplea
ecub imien os densos de base ca bu os de ol amio y c omo, ob enidas po
el mé odo de HVOF.
Recub imien os esis en es al desgas e, La esis encia al desgas e es la
p opiedad de las piezas de las máquinas conse a sus dimensiones, o mas o
el es ado de su supe icie bajo las ensiones esiduales después de la acción
de las ca gas o/y esis i al de e io o de la supe icie con a la icción. En
condiciones de desgas e con lub ican es líquidos que o man películas, se
u ilizan ma e iales an i icción como b onces y me al Babbi . Pa a el desgas e
en seco, a empe a u as in e io es a 500 ºC, se emplea la combinación de
ma e iales du os con ligan es dúc iles, como ca bu o de wol amio con
cobal o o níquel. Has a empe a u as de 900 ºC se emplean ca bu os de
níquel y c omo. A empe a u as más ele adas se aplican los ma e iales que
o man óxidos es ables, de aluminio o de i anio, y lub ican es sólidos como
g a i o, bisul a o de molibdeno, ni u o de bo o.
Es ado del A e
13
Recub imien os esis en es a la co osión, la des ucción de los me ales po
co osión es á p o ocada po p ocesos químicos y elec oquímicos que
ocu en en la supe icie del me al. La esis encia a la co osión se de e mina
po la elocidad de co osión, es deci la masa de ma e ial po unidad de
iempo con e ida en p oduc o de co osión, así como po el espeso de la
supe icie dañada (mm/año), o bien, masa de ma e ial pe dida en la unidad
de iempo y supe icie (mg/dm2-día o mdd). Se dis inguen la co osión po la
a mós e a o el medio ag esi o: en agua de ma , co osión en capas eá icas,
ácido, alcalino, oxidan e. También se clasi ica po ipo de daño: a aque po
picadu as, co osión po icción, bajo co ien e eléc ica, e c.
En el caso de p o ección de ace os se u ilizan ma e iales de ipo anódico, con
en un po encial más nega i o que el del hie o; como magnesio, zinc,
aluminio. Como p o ec o es de ipo ca ódico se emplean me ales esis en es
a la co osión como plomo, es año, c omo, cob e y i anio. La p incipal
exigencia es la ausencia de po osidad que impida la pene ación de líquidos
elec olí icos en e el ecub imien o y el sus a o.
3.2.1 HVOF (High Veloci y Oxy-Fuel)
La p oyección é mica ue desa ollada a p incipio del siglo XX po la Swiss
enginee Ul ich schoop, que iendo undi me al en pol o y p oyec a lo sob e una
supe icie a a a , pa a aumen a las p es aciones del p oduc o, siguiendo la
es uc u a desc i a a con inuación.
Figu e 8. Esquema HVOF [Na ionalalloysolu ions, web]
Den o de la écnica de deposición é mica HVOF, es una de las écnicas más
ex endidas en la indus ia pa a undi un ma e ial en pol o y p oyec a lo con una
ene gía ciné ica de e minada, u ilizando cómo combu en e dos a ian es,
Es ado del A e
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• Gas- uel HVOF. (p opano/hid ógeno/p opileno/gas na u al)
• Liquid uel HVOF. (Ja -A/Ke oseno)
La u ilización de una de las dos a ian es depende de, la geome ía de la pieza,
composición del sus a o, espeso de ecub imien o eque ido, ugosidad deseada
y á ea a ecub i , siendo las p incipales aplicaciones es el ecub imien o de piezas
pa a, esis encia al desgas e, esis encia a la co osión, esis encia a la oxidación,
se icio a al as empe a u as y econs ucción de piezas
Las p incipales aplicaciones de los ecub imien os c eados con es a écnica son,
• Ae onáu ica, u binas/alabes/ o o es
• Gene ación de ene gía, Tobe as/sis emas de escape
• Au omoción, ho quillas de ansmisión
• Maquina ía pesada, camisas hid áulicas/pis ones/cojine es
• Imp esión y papel, cilind os de imp esión/inyec o es de in a
Siendo uno de los p ocesos más empleado en la ac ualidad pa a p oyec a la capa
de unión en sis emas de ba e as é mica es la p oyección é mica de al a
elocidad (HVOF: High Veloci y Oxygen Fuel), en el cual el pol o es p oyec ado a
al a elocidad con un gas y es pa cialmen e undido con la llama p oducida po la
combus ión de la mezcla de un gas y oxigeno ( igu a 7), con es e p oceso se
ob ienen ecub imien os me álicos y ce ámicos de espeso adecuado y de al a
densidad, en un p oceso ápido, po lo que su uso ha aumen ado en los úl imos
años, sin emba go, el p oceso gene a po osidades debido a la al a de usión de
las pa ículas y una mic oes uc u a no homogénea, que educen su esis encia a
la oxidación y la co osión a al as empe a u as [Zhao e al. 2004a]; lo cual puede
se co egido con écnicas como la e- usión láse y la e- usión po haz de
elec ones, que log an la densi icación o al y la homogeneidad mic o es uc u al
necesa ias en un ecub imien o de ba e a é mica.
3.2.2 Plasma sp ay
El p oceso de p oyección po plasma o plasma sp ay puede se empleado en los
TBCs con una amplia a iedad de ma e iales, incluidos los ce ámicos y las
supe aleaciones MC AlY, con un ele ado endimien o. Su empleo disminuye el
iesgo de deg adación del ecub imien o y del sus a o, en compa ación con o os
Es ado del A e
15
p ocesos de al a empe a u a, aunque se p esen a el enómeno de oxidación de
las pa ículas que no se unden comple amen e. El disposi i o que se u iliza pa a
el p oceso plasma sp ay cons a de dos elec odos: un cá odo en o ma cónica
si uado en el in e io de un ánodo cilínd ico ( igu a 9), que se ex iende más allá
del cá odo, o mando una boquilla en su ex emo. La e ige ación de los
elec odos du an e el p oceso, se ealiza po medio de unos ci cui os con agua
que ci cula en su in e io , lo que e i a la usión de dichos elec odos. Un impulso
de co ien e c ea un a co en e los dos elec odos. Es e a co es man enido po
una co ien e es aciona ia de ele ada in ensidad. Un gas ine e (He, H2 o N2 o
mezclas) luye a a és del espacio comp endido en e los dos elec odos, el cual y
debido al a co eléc ico es ablecido disocia sus moléculas en sus á omos
cons i uyen es ionizándolos.
De es e modo, el gas exis en e en el in e io del a co se ans o ma en un
conjun o de iones y elec ones muy ene gé icos, es deci , un plasma. La co ien e
en su eco ido en e los dos elec odos alcanza la boquilla del disposi i o,
o mando allí una llama de plasma ( igu a 8).
Figu e 9. Esquema del p oceso de p oyección é mica po Plasma [Sulze , 2012b].
La mo i ación de es e abajo mues a un in e és especial en ca ac e iza
ecub imien os aplicados po écnicas HVOF que esis an a la oxidación y
desgas e a ele ada empe a u a. Po lo que nos cen a emos en es a écnica al
aplica el ecub imien o.
Den o de las aplicaciones la máxima empe a u a y exposición a ambien es
ag esi os la su i á la supe icie ex e na, el ecub imien o po lo que puede
mejo a el compo amien o en se icio del conjun o y pe mi i una mayo
Es ado del A e
16
e iciencia ene gé ica de u binas a gas, u bo máquinas e ins alaciones de apo
del sec o ene gé ico.
Las supe aleaciones base níquel han sido ampliamen e u ilizadas pa a las
aplicaciones a ele ada empe a u a en u bo máquinas. Más del 50% de las
u binas de gas mode nas son ab icadas con es os ma e iales. Pe o es impo an e
des aca que las especi icaciones écnicas pa a las aplicaciones ae onáu icas y
pa a gene ación de ene gía eléc ica son di e en es, po que exis en ac o es
di e enciado es como: la calidad del combus ible, las condiciones ope a i as, así
como los equisi os de man enimien o de la máquina.
Va iando la can idad de elemen os de aleación, la esis encia a la oxidación y la
esis encia a la co osión en calien e pueden se modi icadas pa a adap a la
supe aleación de base níquel o base cobal o a la aplicación conc e a.
3.3 F icción y desgas e en ecub imien os MC AlY
Den o del alcance del abajo, como pa e de la ca ac e ización ecnológica, el
desgas e se á ema a es udia en p o undidad.
Los ecub imien os se u ilizan en algunas aplicaciones de ingenie ía pa a educi la
icción y el desgas e que se ob end ía con el sus a o sin ecub imien o. En el
caso de los ecub imien os MC AlY es o se log a incluso a al a empe a u a. Pa a
e alua el compo amien o de icción y desgas e se suelen ealiza ensayos
ibológicos en seco o lub icados que simulen las condiciones de se icio
( elocidad, ca ga, empe a u a, humedad, e c.), uno de los más empleados po su
e sa ilidad es el ensayo de pin sob e disco o bola sob e disco [ASTM 2010, DIN
1992] en el cual el ma e ial a e alua gi a a una de e minada elocidad de
o ación y la bola (bola o pin) se pone en con ac o con la supe icie del ma e ial
con una ca ga no mal a la supe icie con magni ud conocida (masa), el equipo es
capaz de egis a la ue za adial que se gene a po la icción y mide el
desplazamien o del pin o la bola pa a moni o ea el desgas e. A pa i de las
mediciones es posible calcula el coe icien e de ozamien o dinámico y el olumen
eliminado. Los mecanismos de icción que se p esen an en e dos cue pos en
con ac o y con mo imien o ela i o son comunes en los ma e iales me álicos, el

Es ado del A e
17
más p obable es la adhesión de supe icies con aspe eza ( ugosas), que se obse a
en de alle en la igu a 10, las in e acciones in e a ómicas p o ocan la unión
adhesi a de los ma e iales en con ac o, que gene a ue zas adhesi as po
con ac o, las uniones adhesi as se ompen si la ue za supe a la ca ga de
cizallamien o.
Figu e 10. Mecanismo de icción asociado a la adhesión de supe icies ugosas [Pe ei a, 2015]
La ugosidad juega un papel impo an e en la icción gene ada en e dos
supe icies, ya que puede inc emen a o disminui la icción en e ambas. O o
mecanismo de icción se p oduce po el a ado (su cos) de la supe icie ( igu a
11), ya que siemp e el con a ma e ial es mucho más du o que el ma e ial a
e alua , la ue za se o igina po la de o mación elás ica y posiblemen e plás ica
cuando una supe icie opues a más du a se mue e a a és de una supe icie más
sua e o más elás ica, la cual se inc emen a si se gene an pa ículas desp endidas
que se in e ponen en las supe icie de con ac o.
Figu e 11. Mecanismo de icción asociado al a ado p o ocado po un ma e ial du o [Pe ei a,
2015]
También se puede gene a únicamen e la de o mación elás ica del ma e ial, de
o ma con inua den o de una de las supe icies en mo imien o, causando un
e ec o de his é esis que inc emen a la icción.
Es ado del A e
18
El desgas e es el p oceso de desp endimien o de ma e ial de una supe icie. Es
di e en e de la icción en el sen ido de que no es á eniendo luga en un
momen o de e minado, sino du an e un pe íodo de iempo cuando las supe icies
es án en con ac o po mo imien o deslizan e po ejemplo. El desp endimien o de
ma e ial puede se debido a di e sos mecanismos [Holmbe g e al. 2007], en e
los que se ienen:
1) adhe encia + ac u a, debida al e ec o adhesi o, ya que la ue za de
co e causa al a ensión y es ue zos de co e en la supe icie que exceden
la esis encia del ma e ial, una g ie a se o ma, lo que esul a en el
c ecimien o de g ie as y desp endimien o de ma e ial ( igu a 12.a), po
es e mecanismos se o man las pa ículas de desgas e (wea deb is).
2) ab asión + ac u a, se gene a debido a que una supe icie du a
de o ma plás icamen e a una supe icie más dúc il y la de o ma en la
medida en que las ensiones, p incipalmen e de al o cizallamien o se
o man y exceden la esis encia del ma e ial y se o ma una g ie a,
esul ando en el c ecimien o de la g ie a, la ac u a y el pos e io
desp endimien o de ma e ial, dejando una huella ca ac e ís ica en la
supe icie (su co)( igu a 12.b), po es e mecanismo ambién se pueden
gene a pa ículas de desgas e. El p oceso de desgas e ab asi o
comp ende dos si uaciones gene ales: ab asión de dos cue pos a bajas
ensiones de con ac o, y ab asión de es cue pos, cuando pa ículas
du as ab asi as es án en e los dos cue pos en con ac o, complicando el
enómeno.
3) a iga + ac u a, se gene a po los ciclos de ca gas de comp esión en la
supe icie de o mada, suele gene a desp endimien os de ma e ial en
g andes po ciones ( igu a 12.c), el p oceso puede ene luga du an e un
núme o ele ado de ciclos de al a ca ga.
La clasi icación an e io de los mecanismos básicos de desgas e se cen a en la
o ma de eliminación del ma e ial que se lle a a cabo, y se mues an en la igu a
12. Po es a azón el desgas e iboquímico no es á incluido. Los p ocesos
químicos que ienen luga en una supe icie son sin duda impo an es, pe o no
Es ado del A e
19
son los mecanismos que causan la mayo eliminación de ma e ial en aleaciones
MC AlY.
Figu e 12. Mecanismos de desgas e po deslizamien o básicos: a) adhesión b) ab asión y c) a iga
[Holmbe g e al.2007]
La o ma de cuan i ica el desgas e puede se median e el olumen eliminado,
aunque no es un indica i o no malizado, ya que se puede ob ene mayo desgas e
con mayo ca ga no mal en el ensayo, así como con mayo iempo o dis ancia de
deslizamien o. Pa a conside a las a iables pa icula es del ensayo po
deslizamien o se desa olló un modelo simpli icado de la asa de desgas e
p opues o po Lancas e [Lancas e , 1967], basada en el desgas e olumé ico y
que se mues a en la ecuación 1.
𝑊𝑟 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠𝑠 (𝑚𝑚3)
𝐴𝑝𝑝𝑙𝑖𝑒𝑑 𝑙𝑜𝑎𝑑 (𝑁)𝑥 𝑆𝑙𝑖𝑑𝑖𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 (𝑚) (Ec.1)
Donde W es la asa de desgas e olumé ica, Volumen loss es el olumen pe dido,
Applied Load es la ca ga no mal y Sliding dis ance es la dis ancia de deslizamien o
co espondien e al ensayo ealizado Es a o ma de calcula el desgas e es
no malizada y pe mi e compa a los esul ados ob enidos en ma e iales con
dis in os pa áme os de ensayo.
El índice o asa de desgas e y el coe icien e de icción son pa áme os
impo an es en el endimien o de los componen es ecubie os y some idos a
con ac o dinámico con o as pa es. La oxidación de los me ales puede in lui en
es os p ocesos de desgas e y mecanismos de daño [S o , 2002]. El
compo amien o a desgas e a al a empe a u a en ecub imien os MC AlY ha sido
es udiado po a ios au o es, a ando de mejo a el compo amien o de és os
Es ado del A e
20
con la inclusión de pa ículas de ce ámica en el ecub imien o MC AlY [ Zhao e al.
2003].
A al a empe a u a el compo amien o de la icción y el desgas e cambia en las
supe aleaciones base níquel, disminuyendo la magni ud del coe icien e de
ozamien o y del olumen eliminado [S o 2002], al como se obse a en la igu a
13 pa a una supe aleaciones base níquel Nimonic 75. Hay una co elación muy
es echa en e la caída en la icción y la apa ición de alo es de esis encia de
con ac o posi i a y pe sis en e, a a és de las supe icies de con ac o, lo que
indica el desa ollo de capas de al a esis encia sob e esas supe icies. Además, las
asas de desgas e disminuyen con el iempo y pueden llega a se muy bajas a
pa i de la caída en la icción.
Los es udios de allados de las huellas de desgas e han demos ado que es os
cambios es án asociados con el es ablecimien o de capas compac adas de óxido y
pa ículas de aleación pa cialmen e oxidada en las supe icies de deslizamien o
[S o 2002]. Es as se desa ollan a pa i de la aglome ación y compac ación de
las pa ículas de esiduos de desgas e.
Después de la gene ación de pa ículas de desecho, algunas se pie den de en e
las supe icies en con ac o, pe o la mayo ía se conse an y pueden pa icipa en el
desa ollo de las capas, que se compac an po las al as ca gas de comp esión. Las
pa ículas se some en a la de o mación, la agmen ación y i u ación, y pueden
descompone se en pa ículas más pequeñas.
Una acción de es as pa ículas más inas puede se inalmen e pa e de la huella
de desgas e, mien as que o as pueden aglome a se en algún luga de las
supe icies de desgas e, especialmen e en anu as/su cos o madas p e iamen e
en las p ime as e apas de deslizamien o.
Plani icación
27
g ie as. Los ensayos se ealiza án según las no mas ASTM E290-14 [ASTM, E290-
14] y ASTM E855-08[ASTM, E855-08].
Con la in o mación ob enida, c ea una g á ica es ue zo s de o mación así como
de e mina el módulo elás ico y lími e elás ico, median e mic oscopia óp ica
ob ención de imágenes de las g ie as y desp endimien o del ecub imien o.
Pa a así pode cumpli con el obje i o especí ico indicado en el apa ado 2.2 de
ca ac e ización de las p opiedades mecánicas.
Mic o es uc u a y ases p esen es
Análisis de las ases y p ecipi ados p esen es en la mic o es uc u a en los
ecub imien os ob enidos median e mic oscopia de ba ido de elec ones así
como análisis químico median e ene gía dispe si a de ayos X, EDS, al mismo
iempo ealiza es udio de la c is alog a ía de los ecub imien os con di acción
de ayos X, DRX.
No a: Ob ención de imágenes de elec ones e o dispe sados, a
100/250/1000/5000x.
Pa a pode cumpli con el obje i o especí ico indicado en el apa ado 2.2 de
ca ac e ización mic o es uc u al y ases p esen es.
4.4 Cua a ase, Ca ac e ización ecnológica, icción y
desgas e
Po a a se de la ca ac e ización ecnológica se e alua á el compo amien o de
la ase de desgas e y la icción en e al inc emen o de la empe a u a a 20oC,
empe a u a ambien e, 350oC, empe a u a media y 500oC, al a empe a u a.
Realizando ensayos de desgas e sob e las supe icies del ecub imien o y sob e el
sus a o, pa a compa a los.
Se p ocede á median e ensayo pin on disk u ilizando la siguien e con igu ación
pa a pode compa a los esul ados con abajos en cu so con di e en es écnicas
de deposición,

Plani icación
28
Ensayo de Pin-on-Disk según la ASTM G99-05 [ASTM, G99-05],
• de 500 me os de eco ido.
• a 239 e /min.
• con huella de ø8 mm.
• Fue za de 10 N.
• Bolas de alúmina.
Pa a empe a u a ambien e (20 oC), medio ango (350 oC) y al a empe a u a (500
oC).
Ob ención de la ase de desgas e y coe icien e de ozamien o de los
ecub imien os y sus a o. La media del coe icien e de ozamien o se á calculada
desde una zona es able del comienzo del ensayo has a el inal del mismo. La ase
de desgas e se ob end á con la di e encia de peso de la mues a as el ensayo
aplicando la ecuación 1,
Pa a una mayo comp ensión de los mecanismo de desgas e p esen e en los
di e en es empe a u as oma mues as de mic oscopía óp ica oma de
imágenes donde se pueda ap ecia de o ma gene al la pis a de ensayo a 50/100x
y median e mic oscopía elec ónica oma de imágenes de elec ones secunda ios
donde se pueda ap ecia de o ma gene al la pis a de ensayo pa a cada una de las
supe aleaciones a 35/250/1500/2000x así como imágenes de elec ones e o
dispe sados.
Pa a un es udio más de allado y ca ac e ización de posible óxidos gene ados se
ob end án imágenes a di e en es magni icaciones de las pis as ensayadas/pol o y
con a ma e ial así como análisis químico median e ene gía dispe si a de ayos X,
EDS.
Ob ención del pe il de las di e en es su cos/pis as c eados po los ensayos de
desgas e a empe a u a ambien e (20oC) y al a empe a u a (500oC), median e
medición con ocal, pa a ob ene la p o undidad de las pis as c eadas y pode
compa a .
Pa a así pode cumpli con el obje i o especí ico indicado en el apa ado 2.2 de
ca ac e ización del ecub imien o ob enido.
Desa ollo expe imen al
29
5 Desa ollo expe imen al
Los desa ollos han sido ealizados siguiendo las indicaciones desc i as en la
plani icación.
5.1 Ca ac e ización del pol o u ilizado
Pa a la ca ac e ización del pol o u ilizado di e en es écnicas y equipos has sido
u ilizado, pa iendo de la medición del amaño de pa ícula, ob eniendo la media
y des iación así como la mo ología del mismo median e mic oscopía elec ónico
de ba ido. El ma e ial en pol o u ilizado an o pa a la base níquel NiCoC AlY (Ni
23Co 17C 12Al 0.5Y) , y base cobal o CoNiC AlY (Co 32Ni 21C 8Al 0.5Y), son
ma e iales come ciales de la ab ican e Sulze Me co, La denominación come cial
pa a de Sulze Me co pa a la aleación base níquel es la Amd y 365-2, y pa a la
aleación base cobal o Amd y 995C.
5.1.1 G anulome ia
El amaño dis ibución de las pa ículas, se ealizo con un di ac óme o láse ,
ma ca Mal en Ins umen s, modelo Mas e zsize 2000 lase di ac ome e , el
mé odo empleado pa a la medición del amaño de las pa ículas suspendidas en
un luido (agua des ilada) es el p incipio ísico de la dispe sión de las ondas
elec omagné icas que se gene a con la di acción láse , las pa ículas dispe sadas
pasan a a és del á ea de medida, y el haz lase ilumina las pa ículas, mien as
que una se ie de de ec o- es hacen la medición de al a p ecisión de la in ensidad
de luz di ac ada po las pa í-culas, en un amplio ango de ángulos. El diáme o
equi alen e de cada pa ícula es medido, gene ando un epo e con la
dis ibución del amaño de pa ícula, así como su amaño p omedio y des iación.
Tabla 3.
Table 3. Tamaño pa ícula pol o MC AlY
Ma e ial
Tamaño (µm)
De . S ada d (µm)
NiCoC AlY
55
6
CoNiC AlY
64
7
Desa ollo expe imen al
30
5.1.2 Mo ología
Las supe aleaciones p esen an una mo ología es e oidal ípica del a omizado po
gas, los ma e iales han sido a omizados p e aleados, La igu a 14, se puede
obse a el pol o los ma e iales MC AlY a omizado po gas con o ma es e oidal
mayo i a iamen e y algunos sa éli es adhe idos, sob e la supe icie.
Figu e 14. Mic oscopia elec ónica de ba ido, pol o MC AlY
Las imágenes de la mo ología del pol o han sido ob enidas median e un
mic oscopio elec ónico de ba ido JEOL JSM6300 ( igu a 15), equipado con
de ec o de elec ones secunda ios (SE) y de ec o de elec ones e odispe sados
(BSE) ma ca Jeol, de ec o de ayos X pa a espec oscopia de ene gía dispe si a
(EDS) y de ec o de ayos X pa a espec oscopia po dispe sión de longi ud de
onda (WDS) y de ec o de elec ones e odispe sados di ac ados (EBSD) ma ca
Ox o d Ins umen s.
Figu e 15. Mic oscopio elec ónico de ba ido de elec ones (se icio de mic oscopía UPV)
Desa ollo expe imen al
31
5.1.3 Densidad supe aleaciones
La composición química de los pol os mos ada en la abla, esume los alo es
medios desc i o po el ab ican e según el ce i icado de ma e ia según la no ma
EN 10204-3.1 ( abla 4).
Tabla 4. Resumen ce i icado ma e ia p ima
Ma e ial
Ni %
Co%
C %
Al%
Y%
C%
H%
O2%
N2%
Pb ppm
NiCoC AlY
46,82
23,17
17,06
12,32
0,42
0,01
--
--
--
<10
CoNiC AlY
32,17
38,14
21,00
7,99
0,45
0,01
0,004
0,02
0,01
--
En la abla 5, se pueden e las dis in as densidades ob enidas. La densidad de las
supe aleaciones ha sido calculada median e la suma de las dis in as densidades de
los ma e iales p esen e en las aleaciones, mul iplicado po el % de ma e ial
p esen e en el o al.
Tabla 5. Densidad calculada del pol o aleado MC AlY
Densi y (kg/m
3
)
Ma e ial Al C Co C Ni Y To al
2700
2267
8900
7140
8908
4472
NiCoC AlY 332,640 0,023 2062,130 1218,084 4170,726 1,878 7785
CoNiC AlY 215,730 0,023 3394,460 1499,400 2865,704 2,012 7977
5.1.4 Di acción de ayos X de los pol os MC AlY
La di acción de ayos X se lle o a cabo con el di ac ome o Philips X’pe ( igu a
16), u ilizando adiación Cu Kα monoc omá ica (λ=0.15406 nm), los pa ones de
di acción de ayos X se egis a on en un in e alo 2θ (g ados) de 20 a 90o y
pos e io men e se analiza on u ilizando el so wa e X’pe Plus y base de da os de
es uc u as c is alog á icas p esen e en los pol os de pa ida.
Desa ollo expe imen al
32
Figu e 16. Di ac ome o de ayos X Philips X'Pe (Ins i u o de ecnología Química UPV)
5.2 Recub imien o del sus a o
El ecub imien o de sus a o ha sido ealizado po nues os colegas del Cen e de
P ojecció Té mica de la Uni e sidad de Ba celona, sob e sus a o de ace o
inoxidable AISI 304 de (200x30x3 mm), median e la pis ola de deposición é mica
Model DJ-2600/2700 (Sulze Me co Inc., Wes bu y, NY, USA), la in o mación
ace ca de los pa áme os u ilizados en la p oyección así como de los equipos
auxilia es, no ha sido acili ada.
5.3 Ca ac e ización del ecub imien o ob enido
5.3.1 P epa ación mues as me alog á ícas
Pa a la obse ación en los mic oscopios se p epa a on mues as me alog á icas a
pa i de los ecub imien os ob enidos. Pa a la ca ac e ización de los di e en es
ecub imien os, las mues as de 15x15 mm ue on co adas Median e una
co ado a au omá ica de p ecisión ma ca S ue s modelo Seco om-15 ( igu a 17),
u ilizando un disco de co e ab asi o de bajo espeso y lub icación po cho o de
acei e soluble con agua des ilada.

Desa ollo expe imen al
33
Figu e 17. Co ado a au omá ica de p ecisión (ins i u o de ecnología de ma e iales UPV)
Pa a acili a el manejo, las mues as ue on, jun adas a o ma de sándwich y
embu idas en p obe as de diáme os es ánda es de 25 mm en esina anslucida
polime ilme ac ila o (PMMA) no conduc o a, la embu ido a u ilizada es
au omá ica con e ige ación ma ca S ue s modelo Ci op ess-1 ( igu a 18) y son
iden i icadas median e la desc ipción de la aleación y el sus a o.
Figu e 18. Embu ido a au omá ica de mues as (ins i u o de ecnología de ma e iales UPV)
Pa a la e apa de desbas e de la supe icie a p epa a se ha empleado papel
ab asi o de Ca bu o de Silicio (SiC) con di e en es g anulome ías: g i 220, 500 y
1000, en una desbas ado a de disco de elocidad a iable, con agua como
e ige an e, ma ca S ue s modelo Labopol-25 ( igu a 19), gi ando a unos 150
pm, y has a ob ene una supe icie plana y egula .
Desa ollo expe imen al
34
El p oceso de pulido de las mues as se ha lle ado a cabo en dos e apas: la
p ime a empleando un disco de pulido magné ico de 200 mm de diáme o de lana
sin é ica ma ca S ue s ipo MD-Plus, como ab asi o se ha u ilizado pas a de
diaman e de 3 μm con acei e lub ican e soluble.
Figu e 19.Desbas ado a de discos de elocidad a iable (Ins i u o de ecnología de ma e iales
UPV)
En la segunda e apa (pulido ino) se ha empleado un disco de pulido magné ico
de lana sin é ica de ib a co a ma ca S ue s ipo ND-Nap, como ab asi o se ha
u ilizado pas a de diaman e de 1 μm con acei e lub ican e. En ambas e apas se ha
u ilizado una pulido a de b azo au omá ico ma ca S ue s modelo Labopol-5
( igu a 20), los iempos de pulido es u ie on en e 3 y 6 minu os has a ob ene
una supe icie especula adecuada pa a su obse ación en el mic oscopio.
Figu e 20. Pulido a au omá ica de mues as (ins i u o de ecnología de ma e iales UPV)
Desa ollo expe imen al
35
5.3.2 Espeso y po osidad
Ha sido empleado un mic oscopio óp ico ma ca Nikon modelo LV-100 se ies
( igu a 21), equipado con el so wa e Nikon NIS-Elemen s AR© pa a análisis de
imágenes, mesa elec ónica y cambio de len e au omá ico, con obje i os de 50X,
100X, 200X, 500X y 1000X. El so wa e pe mi e ob ene análisis de po osidad
median e á ea, cuan i icación del espeso del ecub imien o y análisis de las ases
p esen e median e edición de imágenes.
Figu e 21. Mic oscopía óp ica de mesa elec ónica y cambio de len es au omá ico (ins i u o de
ecnología de ma e iales UPV)
5.3.3 Ca ac e ización mic o es uc u al
La ca ac e ización mic o es uc u al ha sido lle ada a cabo sob e las mues as
p epa adas pa a la ca ac e ización del ecub imien o ob enido, u ilizando
imágenes de elec ones e o dispe sados de la mic o es uc u a con el
mic oscopio de ba ido de elec ones JEOL JSM6300 ( igu a 14) a di e en es
magni icaciones, 1000/1000 BS y 5000x p incipalmen e.
Pa a cuan i ica la composición química de los di e en es pun os analizados,
ayos-x po ene gía dispe si a median e de ec o de 20 µm2, de Ox o d
In umen s, han sido u ilizados.
5.3.4 Ensayo de lexión
Pa a el ensayo de lexión ha sido u ilizada una máquina uni e sal de ensayos de
doble columna ma ca SHIMADZU modelo AG-X ( igu a 22) de 50 kN de capacidad
y elocidad de ensayo a iable, con ex ensóme o de con ac o y ideocáma a. El
disposi i o de lexión u ilizado es á compues o de odillos de ace o endu ecido
Desa ollo expe imen al
36
con adios de 5 mm, y la dis ancia de apoyo en e odillos in e io es se ha
ajus ado a 22 mm. Du an e el ensayo se ha medido la de lexión en la supe icie
ex e io del ecub imien o con un de lec óme o digi al ma ca Epsilon Technology
modelo 3540-004M-ST, que se ha ins alado en la máquina uni e sal de ensayo. Se
ha egis ado ambién de o ma simul ánea el desplazamien o del empujado
du an e el ensayo. La elocidad de ensayo ue de 0.50 mm/min con
desplazamien o cons an e.
Figu e 22. Máquina uni e sal de ensayo de 50 kN y de alle del disposi i o de de lexión con el
de lec óme o ins alado (ins i u o de ecnología de Ma e iales UPV)
Se egis ó la cu a ca ga s desplazamien o, así como la cu a ca ga s de lexión
cen al en la supe icie del ecub imien o (mm), y a pa i de ellas se calculó el
es ue zo nominal a lexión (σ lexion) y la de o mación uni a ia (εex ) de la ib a
ex e io (supe icie del ecub imien o) empleando las ecuaciones 2 y 3
espec i amen e.
σ�lexion =
3LF
2b 2 (Ec. 2)
εex =
6 d
l2 (Ec. 3)
Donde L es la dis ancia de apoyo de los odillos in e io es, F es la ca ga cen al
aplicada, b es el ancho de la mues a, es el espeso o al de la mues a y d es la
de lexión medida en la línea cen al de la supe icie ex e io del ecub imien o. A
Resul ados ob enidos
43
El ma e ial NiCoC AlY, p esen a una agmen ación las pa ículas/capas en el
ecub imien o ob enido, con o me se aleja del sus a o ( igu a 30), ap eciándose
una meno agmen ación en el lími e en e el sus a o y el ma e ial, no es lo que
sucede con el ma e ial CoNiC AlY que p esen a una meno agmen ación en odo
su ecub imien o, pe o, p esen a una mayo agmen ación o al a de adhe encia
en el lími e en e el ecub imien o y el sus a o.
Figu e 30. F agmen ación NiCoC AlY MO x100
La abla 8 mues a los alo es ob enidos de po osidad po unidad de á ea.
Tabla 8. Po osidad en las supe aleaciones
Ma e ial
1
2
3
4
Mean
(%)
S d. De .
(%)
NiCoC AlY
21,93
26,87
23,45
23,01
23,23 2,13
CoNiC AlY
13,13
14,23
16,85
14,94
14,58
1,56
6.1.3 Topología
Como pa e de la ca ac e ización se ha analizado la supe icie del ecub imien o
ob enido, di e sas imágenes de la opología de las supe aleaciones han sido
omadas, obse ándose una supe icie más ab up a y con mayo es pa ículas
in undidas en el ma e ial NiCoC AlY, como se puede ap ecia en la igu a 30.

Resul ados Ob enidos
44
Figu e 31. Topología supe aleaciones SEM x100
En el ecub imien o NiCoC AlY se puede obse a pa ículas, que habiendo sido
undidas y p oyec adas ( igu a 31), no se han in eg ado c eando un odo con el
ecub imien o, es a enómeno es conocida como cake.
Figu e 32. Mic oscopia Elec ónica de Ba ido opología NiCoC AlY a di e en es aumen os: a) 100x,
b) 250x, c) 1000x
El ecub imien o CoNiC AlY puede se obse ado con más de alle en la igu a 32,
nada eseñable.
Figu e 33. Mic oscopia Elec ónica de Ba ido opología CoNiC AlY a di e en es aumen os: a) 100x,
b) 250x, c) 1000x
Resul ados ob enidos
45
6.1.4 P opiedades mecánicas
Mic odu eza
T as los ensayos ealizados, el ma e ial NiCoC AlY p esen a mayo du eza que el
CoNiC AlY, obse ándose una cie a es abilidad en la du eza a lo la go de la
p o undidad del ecub imien o, educiéndose con o me nos ace camos al
sus a o. El ma e ial CoNiC AlY p esen a un aumen o de du eza a medida que nos
ace camos al sus a o, educiéndose con la misma endencia que el NiCoC AlY. En
la abla 9, se pueden e los esul ados as el ensayo de mic o du eza.
Tabla 9. Mic odu eza Ha d Vicke s (HV0.1 scale), NiCoC AlY
Coa ing
Sus a e
Dis ance µm om
he op
50 150 250 350 450 550
HV (0,01)
305 294 329 313 210 174
384 305 346 272 165 163
346 364 346 266 168 151
Mean
345
321
340
284
181
163
s ade 40 38 10 26 25 12
En ambos ecub imien os, la du eza conseguida ha sido supe io a la del sus a o,
como ambién se puede co obo a en la abla 10 que p esen e el ma e ial
CoNiC AlY.
Tabla 10. Mic odu eza Ha d Vicke s (HV0.1 scale), CoNiC AlY
Coa ing
Subs a e
Dis ance µm om he op 50 150 250 350 450 550
HV (0,01)
238
228
215
224
177
149
159
228
272
278
168
149
206
254
278
215
177
146
Mean 201 237 255 239 174 148
s ade 40 15 35 34 5 2
Ambos ma e iales p esen an picos de du eza a unas 250 µm de la supe icie, aun
eniendo una dispe sión ap eciable en eses pun o, no es el caso de la a iación
ob enida a 150 µm, que pa a ambos ma e iales es muy baja. La igu a 34,
Resul ados Ob enidos
46
mues a de o ma g a ica la a iación de la mic o du eza en e a la p o undidad
del sus a o.
Los alo es de mic o du eza ob enidos a las p o undidades de 450 y 550 µm,
co esponden al sus a o.
Figu e 34.Mic odu eza MC AlY en o ma g á ica
Ensayo de lexión a es pun os,
Las supe aleaciones han sido e aluadas a ensayo de lexión de es pun os,
some iendo a es ue zos de acción la supe icie del ecub imien o, compu ando
el cálculo del es ue zo nominal y la de o mación de la ib a ex e na de los
ecub imien os, en la abla 11, mues a los esul ados de ob enidos as el
p ocesado de da os ob enidos en los ensayos.
Tabla 11. Resul ados ensayos lexión
Ma e ial
Yield s eng h (0,2 YS) (MPa)
Ul ima e bending s eng h (UBS) (MPa)
Mean
S ande
Mean
S ande
AISI 304
511,60
47,76
744,71
39,53
NiCoC AlY
542,72
22,13
822,82
20,06
CoNiC AlY
602,01
31,16
805,19
76,60
Resul ados ob enidos
47
Rep esen ado los ma e iales en una g á ica es ue zo s de o mación, ( igu a 35) d
se obse a una co elación en e el sus a o y los ecub imien os aplicados,
llegando a la conclusión de que el ex ensóme o axial no de ec o la o u a de
ecub imien o.
Figu e 35, Tensión/de o mación MC AlY
Así mismo, en la igu a 36, se ep esen as los mismos alo es de o ma g á ica de
ba as,
Figu e 36.P opiedades mecánicas MC AlY
Resul ados Ob enidos
48
En la igu a 37 y 38 se puede obse a el ipo de allo de los ecub imien os,
NiCoC AlY y CoNiC AlY espec i amen e, la sección ans e sal de las mues as
ensayadas en el ecub imien o NiCoC AlY p esen a o u a ágil, con una ac u a
limpia y un desp endimien o de ecub imien o ( igu a 37.a/b/c), co espondien es
a las es p obe as ensayadas, en la zona de adhesión con el sus a o, la in e ace.
El ecub imien o CoNiC AlY p esen a el mismo compo amien o ágil obse ado
en el NiCoC AlY, con ac u as múl iples en el ecub imien o pe o una mejo
adhesión al sus a o ( igu a 37.e), mos ando una le e mejo a en é minos de
duc ilidad, Po el ipo de o u a, sugie en que los ecub imien os alla on en la
zona plás ica del ma e ial
Figu e 37. Mic oscopia Elec ónica de ba ido, sección ans e sal o u a ecub imien o NiCoC AlY,
a)/b)/c) a 50x, d)/e) a 150x, ) e o dispe sados a 150x.
Figu e 38. Mic oscopia Elec ónica de ba ido, sección ans e sal o u a ecub imien o CoNiC AlY,
a)/b)/c)/e) a 50x, ) a 150x, c) e o dispe sados a 150x.

Resul ados ob enidos
49
6.1.5 Mic oes uc u a y ases p esen es
Mic oscopia Óp ica
Median e la obse ación en ma e ial NiCoC AlY, se di e encian dos ases en la
pa e cen al de las pa ículas p oyec adas, una cla a p edominan e a modo de
ma iz ( igu a 39.c) y una oscu a a modo de lóbulos es ando p esen e con un
amaño ap eciable en el cen o de las pa ículas p oyec adas y pa cialmen e
undidas con el es o, en las pa ículas de meno amaño así como en el bo de
aquellas más g andes, la ase p edominan e es la oscu a. Los bo des de las
pa ículas p oyec adas son ácilmen e de iden i ica , en las zonas donde la
pa ícula p oyec a ha sido pa cialmen e aplas ada, p edomina una sola ase, de
colo oscu o.
El ma e ial CoNiC AlY, iene dos ases en las pa ículas p oyec adas, una oscu a
p edominan e ac uando de ma iz ( igu a 39.e) y la o a cla a a modo de o mas
i egula es edondeadas, ace cándose a dend í ica, es ando p esen e con o ma
alea o ia an o en el cen o de las pa ículas p oyec adas y pa cialmen e en el
bo de de las pa ículas de mayo amaño. Los bo des de las pa ículas p oyec adas
son ácilmen e de iden i ica .
Figu e 39. Mic oscopia Óp ica de los ecub imien os, a) y d) 100x, b) 250x, c) y e) 500x,
Resul ados Ob enidos
50
Mic oscopia elec onica de ba ido
Debido a que las imágenes de secunda ios dan poca in o mación ace ca de la
mic oes u c u a de los ecub imin os, odas las imágenes se oma en elec ones
e odicpe sados (BSE), donde se puede ap ecia las ases p esen es.Median e el
uso de mic oscopia de de ba ido de elec ones, se co abo a las ases
obse adas en mic oscopia op ica en el ecub imin os NiCoC AlY ( igu a 40), la
ase oscu a p edominan e sob e la ma iz cla a, median e espec oscopia de
ene gía dispe si a (EDS), se p ocede a analiza las di e en es ases, ob eniendo en
la ase cla a, una ma iz ica en C y Co ( igu a 41, spec um1), mien as que en la
ases oscu as en o ma lobula , hay p esen e una ase ica en Ni y Al así como
Co( igu a 40, spec um2). La igu a 39.d, mues a los pun os donde se ha ealizado
el análisis químico de las ases desc i as.
Figu e 40. Mic oscopia elec ónica de ba ido, modo BSE, en NiCoC AlY a) 200x, b) 500x, c) 1000x,
d) 5000x
Resul ados ob enidos
51
Figu e 41, Análisis químico median e EDS en Mic oscopia elec ónica de ba ido NiCoC AlY
Con la oma de imágenes de e odispe sados pa a el ecub imin o CoNIC AlY
( igu a 42), se obse a zonas donde solo es a la ase oscu a p esen e ( igu a 42.b).
Figu e 42. Mic oscopia elec ónica de ba ido, modo BSE, en CoNiC AlY a) 200x, b) 1000x(cen e ),
c) 1000x( op), d) 5000x
Median e EDS, se p ocede a analiza las di e en es ases p esen es, ( igu a 42.d)
ob eniendo en la ase oscu a, una ma iz ica en Co y Y así como de Ni y C ( igu a
43, spec um2), mien as que en la ases cla as en o ma i egula es, p esen an
una ase ica en Co y Al ( igu a 43, spec um1)
Resul ados Ob enidos
52
Figu e 43. Análisis químico median e EDS en Mic oscopia elec ónica de ba ido CoNiC AlY
Indexación de ases median e di acción de ayos X
Median e el análisis de di acción de ayos x, sob e los pol os y el ecub imien o
se han iden i icación de las ases c is alog á icas de las supe aleaciones,
con i mado pa a el ma e ial NiCoC AlY, la ase cla a, como ma iz ica en Ni
(gamma) y la ase oscu a ica en Ni y Al (be a), ( igu a 44).
Figu e 44.Pa ón de di acción ayos x pa a ecub imien o NiCoC AlY
El análisis de di acción pa a el ecub imien o CoNiC AlY, ha con i mado la ase
cla a, como ma iz ica en Co (gamma) y la ase oscu a ica en Co y Al (be a),
( igu a 45).
Discusiones
59
7 Discusiones
7.1 Ca ac e ización del ecub imien o ob enido
7.1.1 Po osidad
En abajos ealizados po Zhao L. e al 2004a, ace ca de cómo a ec an los
pa áme os de la 3ª gene ación de pis olas de p oyección é mica HVOF sob e la
po osidad y oxidación del NiCoC AlY p oyec ado. Ob eniendo una po osidad
simila pa a las dis in as a iables es udiadas, de 1 a 2%, pe o una educción
conside able de óxidos u ilizando como combu en e p opano.
Sin emba go, el g ado de po osidad ob enido en es e abajo, no coincide, con los
abajos documen ados po los au o es, llegando a alo es del 23% pa a el
ecub imien o NiCoC AlY, u ilizando el so wa e de ges ión de imágenes Nikon
NIS-Elemen s AR©, donde hemos podido educi el uido c eado po los óxidos y
líneas de solape c eadas po los solapes de las pa ículas.
Es e inusual g ado puede se debido al lujo o al u ilizado en la deposición
é mica, SLPM, S anda d Li es Pe Minu e. Se obse a que el SLPM u ilizado en el
abajo ealizado po Zhao L. e al 2004a, pa a ob ene una baja po osidad se
encuen a en e 780-980 ( abla 14), mien as que en abajos ealizados en el
Cen o de P oyección Té mica, po CRC. Lima e al 2007, al lujo o al u ilizado en
la deposición é mica, SLPM, es án al ededo de 600 ( abla 15).
Tabla 14. Pa áme os de p oyección u ilizados po L.Zhao e al 2004a,

Discusiones
60
Tabla 15. Pa áme os de p oyección u ilizados po CRC. Lima e al.
7.1.2 Mic odu eza
Los esul ados ob enidos sugie en una elación di ec a en e la du eza y la
po osidad p esen e en el ecub imien o, en abajos ealizados po Mahesh R.H.
e al. 2009, en aleaciones de NiC FeMoCo (Ni-21.95C -19,69Fe- 9,01Mo, 1,61Co)
aplicado con HVOF, p esen an esul ados pa ecidos, con la misma endencia de
máxima du eza en el medio de ecub imien o, como los ob enidos en es e
abajo.
Po o a lado Sidhu e al. 2004, u ilizó NiC AlY (Ni-22C -10Al-1Y) con plasma y
e usión con lase , así como Pe ei a J. e al. 2015, que u ilizó las mismas
aleaciones de NiCoC AlY y CoNiC AlY aplicadas po Lase cladding, ob eniendo en
ambos abajos alo es de po osidad muy bajos o nulos, mos ando una mayo
du eza y es abilidad en odo el espeso .
Figu e 54. Compa a i a ma e iales y ecnologías de aplicación
Discusiones
61
7.2 Mic o es uc u a y ases p esen es
7.2.1 NiCoC AlY
En el ecub imien o NiCoC AlY, se obse a una ase mic oes uc u al nodula γ/β,
la zona cla a co esponde a la ma iz γ-Ni, ma iz níquel, mien as que las zonas
nodula es oscu as co esponden a la ase β, al igual que los abajos publicados
po Donachie 2002. Median e análisis de EDS, ob enemos una ase ica en Ni, Co
y C , ase γ ( igu a 58, spec um 1), mien as que en la ase β, los nódulos oscu os,
p esen a ases icas en Ni, Al y Y.( igu a 58, spec um 2), como se cons a a en
abajos ealizados K.J. Hemke e al 2007, sob e la mic oes uc u a de NiCoC ALY
pa a la u ilización de ecub imien os de anclaje pa a ba e as é micas. La
iden i icación de las p incipales ases en el ecub imien o NiCoC AlY, ha sido
e i icada con la u ilización de pa ones de di acción de ayos X, que han
con i mado una ase gamma níquel (ccc) y la ase be a NiAl (cc).
Figu e 55, Mic oscopia elec ónica de ba ido, modo BSE 5000x, zona ce cana al ex e io del
ecub imien o NiCoC AlY.
Los esul ados ob enidos en es e abajo, siguen los esul ados ob enidos Pe ei a
J. Tesis doc o al 2015, en su esis doc o al, como se puede obse a en la igu a
59, donde se ap ecia una mic oes uc u a ob enida po el g adien e de
solidi icación y empe a u a alcanzada.
Discusiones
62
Figu e 56, Imagen Pe ei a J. esis doc o al 2015, p. 141
7.2.2 CoNiC AlY
El ecub imien o CoNiC AlY p esen a una misma mo ología en la mic o es uc u a
nodula γ/β, desc i a en el NiCoC AlY, acen uando la g an can idad de ase β. A
a és de análisis de EDS, iden i icamos una ase γ ica en Ni y C , ( igu a 60,
spec um 1), mien as que en la ase β, ase oscu a p edominan e, ap eciándose
una composición ica en Ni y Al .( igu a 60, spec um 2).
La iden i icación de las p incipales ases en el ecub imien o CoNiC AlY, ha sido
e i icada con la u ilización de pa ones de di acción de ayos X , e elado la ase
gamma de níquel (ccc) y la ase be a NiAl (cc).
Discusiones
63
Figu e 57 Mic oscopia elec ónica de ba ido, modo BSE 5000x, zona ce cana al ex e io del
ecub imien o CoNiC AlY
En su abajo de doc o ado, Pe ei a J. esis doc o al 2015, el ecub imien o
CoNiC AlY ob enido po Lase cladding p esen a una ase β, es echa y pequeña
en compa ación a la ob enida en es e abajo po HVOF, como se puede obse a
en la igu a 61, p opiciada po la elación de elocidad de solidi icación y el
g adien e de empe a u a alcanzada.
Figu e 58, Imagen Pe ei a J. esis doc o al 2015, p. 147.
Discusiones
64
7.3 Ca ac e ización ecnológica, icción y desgas e
Coe icien e de icción
Con el aumen o de la empe a u a aplicada, aumen a el coe icien e de
ozamien o como se puede ap ecia en la abla 12, ap eciándose una endencia
lineal pa a CoNiC AlY y el sus a o AISI 304, como se puede obse a en la igu a
49. La can idad de los óxidos p esen es a al a empe a u a, como se mues a en la
igu a 50, o man una película que puede ac ua como capa in e media en la
supe icie, lo que aumen a el coe icien e de icción. La o mación de la capa
supe icial de óxido unciona como aspe eza en e el ecub imien o y la bola.
Tabla 12, esumen de los esul ados ob enidos en los ensayos de icción HVOF y Lase cladding
Pe ei a J. e al 2015.
Tempe a u e (°C)
CoNiC AlY
NiCoC AlY
Subs a e SS
HVOF
Lase C.
HVOF
Lase C.
HVOF
Lase C.
20
0,56
0,46
0,63
0,49
0,59
0,60
350
0,79
--
0,91
--
1,13
--
500
1,01
1,00
0,50
0,45
1,43
0,49
Sin emba go, el coe icien e de icción del ecub imien o NiCoC AlY a al a
empe a u a p esen a una bajada como es ap eciable en la abla 12, como
cons a an Pe ei a J. e al. 2015, en su abajo de Lase cladding. Una supe icie
alisada se obse a en la pis a a al a empe a u a pa a el ecub imien o NiCoC AlY
( igu a 64.d), en e a las supe icies de ugosidad en CoNiC AlY y Sus a o SS
como se mues a en la misma igu a.
Es a supe icie alisada, p incipalmen e de los óxidos de Ni educe la icción en e
el ecub imien o y la bola, que en consecuencia disminui el coe icien e de
icción.
Un alo eseñable es el coe icien e de icción ob enido a 350oC en el NiCoC AlY,
mos ando al ededo de es e alo , el pun o de in lexión, cambiando la endencia
a inc emen a el coe icien e de icción a la ez que aumen a la empe a u a.

Discusiones
65
Tasa de desgas e
A empe a u a ambien e, el CoNiC AlY mues a la mayo asa de desgas e, el
olumen eliminado y esiduos es impo an e, La igu a 63 mues a la supe icie
de desgas e del CoNiC AlY después del ensayo a empe a u a ambien e. La al a
de capas de óxido a empe a u a ambien e e i a la p o ección de la supe icie
en e al desgas e.
Figu e 59, Op ical mic oscope CoNiC AlY wea su aces a e oom empe a u e es x100
Al aumen a la empe a u a, disminuye la asa de desgas e especí ica, endiendo
a alo es cons an es. Como se puede e en la igu a 51, po o o lado, el
mecanismo de desgas e a al as empe a u as en e 350oC y 500oC ha cambiado
del de la empe a u a ambien e.
La igu a 60 mues a imágenes de e odispe sión de empe a u a ambien e y al a
empe a u a, an o pa a las supe aleaciones como pa a el sus a o, donde se
obse a la pa ición de óxidos con la empe a u a, siguiendo los abajos desc i os
po S o F.H. 2002.
Discusiones
66
Figu e 60, SEM mic oscopio (20KV BSE mode) mo ología de la supe icie de la pis a ; (a-b)
CoNiC AlY; (c-d) NiCoC AlY; (e- ) Subs a e SS; (a-c-e) empe a u a ambien e; (b-d- ) al a
empe a u a.
Debido a la inespe ada asa de desgas e ob enida en el CoNiC AlY a empe a u a
ambien e, se p ocede al análisis de la sección ans e sal de la pis a as el ensayo
a empe a u a ambien e ( igu a 66), mos ando desp endimien o de las
pa ículas al no es a bien anclados mecánicamen e ( igu a 66.a). T as el ensayo
se obse a de o mación plás ica del ecub imien o ( igu a 66.c), debido a los
lími es de o mes, escamas y po os p esen es en el ecub imien o, c eando una
compac ación del mismo y aumen ando el olumen eliminado as el ensayo. El
análisis median e mic oscopio óp ico de la sección ans e sal de los
ecub imien os de e minó un ni el de po osidad po unidad de á ea de 23,3%
pa a el ecub imien o NiCoC AlY y 14,5% pa a CoNiC AlY, siendo la po osidad un
ac o de e minan e en la asa de desgas e, en cuan o a olumen eliminado as el
ensayo
Discusiones
67
Figu e 61. Pis a ecub imien o CoNiC AlY a empe a u a ambien e; (a) x500; (b) x1000; (c) x1500.
Median e mic oscopía elec ónica de ba ido (SEM),se han analizado las pis a,
mos ando a al a empe a u a (500oC) la p esencia de óxidos en las supe icies de
la mismas, o mando una supe icie du a( igu a 66). La capa de óxido o mada
"esmal e" [S o FH, 2002] es la causan e de la educción de las asas de desgas e
especí ica. Todas las aleaciones de al a empe a u a son e modinámicamen e
ines ables en el ai e y eaccionan con el oxígeno pa a o ma óxidos me álicos.
Bajo condiciones no deslizan es, se basan en el desa ollo de una capa de óxido
de c ecimien o len o pa a p opo ciona p o ección con a la oxidación adicional.
Du an e el deslizamien o en e las piezas a al a empe a u a los esiduos de
desgas e ob enidos pueden consis i en una mezcla de pa ículas de óxido y
pa ículas me álicas pa cialmen e oxidadas. No siendo el caso a empe a u a
ambien e.
Figu e 62, SEM mic oscopio (20KV SE mode) sección ans e sal de la pis a x500
Discusiones
68
Basado en las obse aciones expe imen ales Jiang J. e al. 2004, la pa ícula de
desgas e puede in lui en la caída de la asa de desgas e a al a empe a u a en
a ias o mas,
• Los esiduos de desgas e se pueden elimina po comple o de las
supe icies de con ac o, lo que lle a a la pé dida de desgas e y no juega
ningún papel pa a in lui en el p oceso de desgas e.
• Los esiduos de desgas e pueden se e enidos inicialmen e, al mo e se
lib emen e en e las supe icies, las pa ículas es án agmen adas a un
amaño pequeño capaz de aglome a se en algunos luga es en pa icula
en las anu as, pa a o ma capas compac as ela i amen e es ables.
• Los es os son de amaño su icien emen e ino pa a se e enidas en e
las supe icies de con ac o e inco po a como pa ículas sin mo imien o
en el desa ollo compac as pa ículas capas sob e una o ambas
supe icies.
• Los esiduos de desgas e se compac an en e supe icies de con ac o,
pueden se e enidos en mo imien o, c eando pa ículas lib emen e en e
las supe icies de con ac o, que pueden ac ua como e ce cue po,
causando daños po ab asión a ambas supe icies o puede queda
inc us ado en una ac uación supe icial como de dos cue pos.
La bola de Al2O3 en la igu a 67.a mues an el daño de la supe icie p oducido po
los e es imien os CoNiC AlY ensayados a 350ºC y en la igu a 67.b , imagen de
e odispe sión, mues a adhe encia del ecub imien o en la bola después de la
p ueba de al a empe a u a, sugi iendo desga e po ab asión de esiduos de
desgas e adhe idos a la bola.
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