Evaluation of the Mechanical Behaviour of Al2o3 and Al2o3 -Tio2 Coatings Using a Bench Drill

RESUMEN: Las propiedades mecánicas de recubrimientos cerámicos medidas por micro-indentación Vickers y Knoop a partir de las huellas residuales fueron relacionadas con los resultados de perforación usando una broca sin rotación. Tres polvos micrométricos fueron utilizados para elaborar los recubrimientos: el primero de ellos fue de Al2O3 Sulzer-Metco 105 SPFTM , el segundo fue de Al2O3 -13 % en peso de TiO2 Saint Gobain 107TM , y el último fue de Al2O3 -43 % en peso de TiO2 Saint Gobain 109TM. Los recubrimientos fueron elaborados por proyección térmica con llama de oxi-combustible sobre sustratos de acero AISI-SAE 1020, usando una torcha Terodyn 2000 modificada. Los ensayos de perforación fueron realizados con una broca con punta piramidal de carburo de tungsteno montada en un taladro, que aplicó lentamente una fuerza gradual hasta una carga máxima de aproximadamente 100 N y luego la fuerza fue reducida hasta cero, para obtener una curva de hystéresis (fuerza versus profundidad deindentación), siendo la velocidad de carga y descarga de 0.15 mm/s. Los resultados muestran una buena correlación entre las propiedades mecánicas medidas por ensayos de micro-indentación Knoop y los obtenidos a partir de la curva de hystéresis, permitiendo concluir que la dureza y el módulo de Young de los recubrimientos cerámicos elaborados por proyección térmica podrían ser determinados a partir de ensayos de perforación.ABSTRACT: The mechanical properties of ceramic coatings measured by Vickers and Knoop microindentation from residual tracks were correlated with the results of indentation depth measured using a non-rotary drill bit. Three micrometric feedstock powders were used to manufacture coatings: the first one was Al2O3 Sulzer-Metco 105 SPFTM, the second one was Al2O3 -13 wt.% TiO2 Saint Gobain 107TM and the last one was Al2O3 -43 wt.% TiO2 Saint Gobain 109TM. Coatings were elaborated by oxy-fuel flame spraying process onto AISI-SAE 1020 steel substrates using a modified Terodyn 2000 torch. The drill tests were realized with a pyramidal tungsten carbide drill bit using a instrumented bench drill, which applied slowly an incremental force to a maximal load (approximately 100 N) and then the force was decreased to zero (being the load and unload speed 0.15 mm/s), in order to obtain the hysteresis graphics (Force Vs Indentation Depth). The results show a good relationship between mechanical properties measured by Knoop micro indentation tests and the force vs indentation depth ratio, obtained from hysteresis graphics, allowing to conclude that the hardness and Young’s modulus of thermal sprayed ceramic coatings can be predicted from drilling tests

Evaluación de la resistencia al choque térmico de recubrimientos cerámicos de Al2o3-Sio2 elaborados por proyección térmica

RESUMEN: Se evaluó la resistencia al choque térmico de recubrimientos cerámicos de Al2O3-SiO2, elaborados mediante proyección térmica por combustión oxiacetilénica sobre sustratos de acero AISI SAE 1020 en los cuales se había depositado previamente una capa de anclaje rica en níquel a partir del polvo Eutectic-Castolin cuya referencia comercial es 21021TM . Los resultados de los análisis mostraron que la porosidad, el espesor y las fases presentes en el recubrimiento juegan un papel muy importante en su resistencia al choque térmico y que los recubrimientos estudiados pueden ser utilizados para proteger de las altas temperaturas (inferior a 650 ºC) aquellas superficies metálicas que tengan que soportar ciclos de calentamiento/enfriamiento.ABSTRACT: The thermal shock resistance of Al2O3-SiO2 coatings manufactured on AISI SAE 1020 carbon steel substrates by oxy-fuel thermal spraying process was studied. In order to reduce the premature disbonding of coating during thermal shock tests, a bond coating was deposited from Eutectic-Castolin 21021TM powder. The result indicate that the porosity, the thickness and the phases in the coatings are the most important characteristics on its thermal shock resistance and that these coatings could be used to protect metallic surfaces exposed to thermal cycles from high temperatures (lower than 650 °C)

Development of a metal/ceramic coating applied by flame thermal spraying process to protect molds used in glass manufacturing from the effects of temperature

RESUMEN: Los moldes usados para la fabricación de vidrio son sometidos a continuos ciclos de calentamiento y enfriamiento, así como a contacto directo con material fundido, lo cual resulta en su falla por fatiga térmica. Por tales razones, se desea evaluar la utilidad y viabilidad técnica de recubrir dichos moldes a través de proyección térmica por llama oxiacetilénica, utilizando capas base de Ni, así como recubrimientos de WC, Al2O3-TiO2,ZrO2-Al2O3 y Al2O3, los cuales han sido probados previamente en la industria metalúrgica[1, 2]. Se elige dicha técnica porque no afecta significativamente al sustrato, permite obtener fuertes uniones metalúrgicas (>40MPa) [3], es económica, y puede ser utilizada en piezas de gran tamaño y geometrías complejas [4]. Los sustratos fueron proveídos por O-I y provienen de moldes originales. Las capas bases fueron proyectadas usando una llama neutra, y los recubrimientos fueron proyectados usando dos llamas: neutra y oxidante, esto con el fin de someter a diferentes condiciones térmicas las partículas. Los resultados obtenidos en choque térmico indican que la resistencia es mayor a 100 ciclos.ABSTRACT: Molds used in glass manufacturing are subjected to continuous heating and cooling cycles, as well as to contact with molten material, which result in their failure by thermal fatigue and abrasion. For these reasons, it is desired to evaluate the usefulness and technical feasibility to coat the molds with a bond coat of a nickel alloy and top coats of WC, Al2O3-TiO2,ZrO2-Al2O3 and Al2O3 deposited by oxy-fuel thermal spraying process, which have been previously tested successfully in the metallurgical industry [1, 2]. This technique is chosen because the substrate is not significantly affected, and it allows to obtain strong metallurgical bonds (>40 MPa) [3] between substrate and bond coat, it is economical and its use even in large pieces and complex geometries is easy [4]. Cast iron molds were supplied by O-I and used as substrate. Bond coatings were manufactured using a neutral flame while top coatings were deposited using both an oxidizing and a neutral oxy-acetylene flame, in order to supply different thermal conditions on the sprayed particles. The results of thermal shock tests realized to these coatings indicate that its resistance is higher than 100 thermal cycles

Depósito y caracterización de recubrimientos cerámicos de Al2o3 sobre acero 1020 por termorrociado

RESUMEN: Se determinaron los parámetros necesarios para la elaboración de recubrimientos de , sobre aceros AISI 1020, utilizando como mecanismo de anclaje entre el sustrato y el cerámico una aleación a base de Ni, los polvos utilizados fueron comerciales y el método de deposición por aspersión con llama oxiacetilénica. Los revestimientos se analizaron por EDS (espectroscopía de dispersión de energías, SEM (microscopía electrónica de barrido), OM (microscopía óptica), la adherencia se cuantificó bajo la norma ASTM C633-08. Los parámetros obtenidos para la proyección de Ni son apropiados ya que producen recubrimientos uniformes con baja porosidad cerrada. Los parámetros para la proyección de la alúmina deben revisarse ya que el recubrimiento obtenido es poco uniforme, poroso y de espesor irregular, esto se debe al alto punto de fusión de la alúmina y a la amplia distribución en la granulometría del polvo. Las pruebas de adhesión dejan ver una buena adhesión entre el sustrato y la aleación de Ni, pero se observa una falla adhesiva entre la alúmina y la capa de Ni.ABSTRACT: This paper discuses about the required parameters to fabricate coatings Al2O3, on AISI 1020 steels by thermal spray, using as anchoring mechanism between the substrate and the ceramic an alloy based , powders were commercial, and spraying with oxyacetylene flame were the deposition method used. The coatings were analyzed by EDS (energy dispersive spectroscopy, SEM (scanning electron microscopy), OM (optical microscopy), and the adhesion was measured under the ASTM C633-08 standard. The obtained parameters for the Ni projection are suitable because they produce uniform coatings with low closed porosity. The parameters for the projection of the alumina should be reviewed since the obtained coating is not uniform, it has porous and irregular thickness, this is due to the high melting point of alumina and to the wide distribution in the powder granulometry. The results show a good adhesion between the substrate and the Ni alloy, but an adhesive failure between the alumina and the Ni layer

Efecto del afilado de la broca sobre la resistencia a la perforación de recubrimientos de Al2o3 – Tio2 elaborados mediante proyección térmica por plasma atmosférico

RESUMEN: Se evaluó el efecto de afilado de la broca sobre la resistencia a la perforación de recubrimientos de alúmina – óxido de titanio, obtenidos mediante proyección térmica por plasma atmosférico. Inicialmente se realizaron ensayos de perforación utilizando brocas de acero de alta resistencia (HSS) nuevas de 8,3 mm de diámetro, las cuales operaron a 360 rpm con una carga de 390N. Cada broca se afiló después de cada ensayo utilizando dos ángulos de afilado en su punta (118º y 135º) y se realizaron nuevamente ensayos de perforación a los recubrimientos, encontrándose que el ángulo con el que se obtiene la menor variación en la profundidad de perforación con respecto a los resultados obtenidos con brocas nuevas es el de 118º. Adicionalmente, se evaluó el perfil de micro-dureza Vickers sobre un corte longitudinal de este tipo de brocas, encontrando pocas variaciones en al menos 7mm medidos desde la punta y hacia su interior. Finalmente, se determinó que al realizar hasta 2 reafilados a las brocas, se obtienen pocas variaciones en las profundidades de perforación después de cada reafilado.ABSTRACT: The effect of the drill bit sharp on the drill depth of alumina-titania coatings manufactured by atmospheric plasma spraying was studied. The drilling tests were carried out using High Speed Steel (HSS) drill bits of 8,3 mm in diameter, the applied load and the rotational speed were 390 N and 360 rpm, respectively. In the sharp processes the point drill bit angles were set-off at 118° and 135°. The results indicate that the drill depth produced by a sharpened drill bit with an angle of 118° is similar to that generated using new drill bits. Additionally, the Vickers profile on the axial section of drill bit indicates that its micro-hardness is constant along 7 mm from its point, and then 2 sharps could be realized in each drill bit without affect its drilling ability

Mejoramiento de la estructura de los recubrimientos de Al2o3-43% Tio2 elaborados mediante la técnica de proyección térmica por llama oxiacetilénica a partir de los parámetros de proyección

RESUMEN: Se evaluó el efecto de los parámetro de proyección tales como: relación del flujo de gases y dinámica del jet de aire sobre los defectos estructurales (porosidad) y la rugosidad superficial de recubrimientos de Al2O3- 43% en peso de TiO2 depositados mediante proyección térmica por combustión oxiacetilénica a partir de polvos de la casa comercial Saint- Gobain® referencia SG-109. Los resultados obtenidos indican que los recubrimientos elaborados presentan cambios en la estructura interna y superficial del recubrimiento según varíe los parámetros antes mencionados, encontrando que la más baja porosidad y rugosidad superficial se obtienen utilizando una llama oxidante recubierta por un jet de aire cilíndrico cuya presión fue de 30 psi.ABSTRACT: The effect of spraying parameters such as gas flow relaxation and air jet dynamic on structural defects (porosity) and surface roughness of Al2O3-43 wt. % TiO2 coatings manufactured by flame spraying from Saint Gobain 109TM powders was evaluated. The results indicate that the surface and internal structure of the coatings change according with the variations of the spraying parameters. The lowest porosity and surface roughness is obtained using an oxidative flame with a cylindrical air shield around the flame at 30 psi of pressure

Estudio de las propiedades físicas y químicas de recubrimientos de Tio2 elaborados mediante proyección térmica por combustión oxiacetilénica a partir de polvos nanométricos

RESUMEN: El presente estudio se enfoca en la elaboración de recubrimientos mediante proyección térmica por combustión, a partir de polvos de TiO2 usados como pigmento para aplicaciones cosméticas y pinturas. Los polvos empleados, dadas las aplicaciones para las cuales están desarrollados, poseen características físicas que impiden su uso en proyección térmica, por lo cual se requiere de su funcionalización mediante aglomeración para su posterior proyección. Previo a la elaboración de los recubrimientos se caracterizaron los polvos de TiO2 mediante pruebas de Difracción de Rayos X (DRX), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Microscopía de Fuerza Atómica (MFA) y difracción láser, encontrando que a pesar de la imposibilidad de usarlo como materia prima en la elaboración de los recubrimientos mediante proyección térmica en las condiciones en las que es comercializado, su aglomeración permite cumplir tal cometido, obteniendo capas finamente estructuradas con un potencial de uso en procesos fotocatalíticos.ABSTRACT: This research is focused on manufacturing of coatings by oxyacetylene thermal spray from TiO2 particles usually used as pigment for cosmetic and paint applications. These powders are not usable in thermal spray processes because the particles’ size distribution exhibits very thin particles that block the torch. In order to manufacture the coatings it was necessary to carry out a functionalization by agglomeration of the particles. Before to the coatings’ manufacturing, the powders were characterized by X-Ray Diffraction, Scan Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and laser diffraction finding out that however the very thin particles the powder can be used in thermal spray processes after an agglomeration processes, getting coatings with bimodal microstructure conferring to the coatings potential applications in photo catalytic process

Estudio de la resistencia a la corrosión y al choque térmico de recubrimientos a base de circona elaborados por proyección térmica por plasma atmosférico

RESUMEN: Recubrimientos de circona-alúmina (ZrO2-Al2O3) fueron elaborados por la técnica de proyección térmica por plasma atmosférico. El recubrimiento estaba compuesto por una capa cerámica de ZrO2-36% en peso de Al2O3 y una capa de anclaje de NiCoCrAlY depositada previamente sobre un sustrato de acero AISI 1020. La evolución de la resistencia a la corrosión en el tiempo de exposición en una solución de 3.5%NaCl (5 horas, 1, 7, 14 y 21días) fue estudiada por la técnica de espectroscopia de impedancia electroquímica. Por su parte, la resistencia al choque térmico fue estudiada introduciendo el recubrimiento en un horno a 1020ºC durante 5 minutos para luego someterlo a un enfriamiento brusco en agua a temperatura ambiente. Después de cada ciclo los recubrimientos fueron secados y su superficie fue analizada con el fin de determinar si se produjo agrietamiento o delaminación a causa del choque térmico. Los resultados de las pruebas de impedancia indicaron que las grietas en los recubrimientos fueron uno de los principales factores de la disminución en su resistencia a la corrosión. El recubrimiento tuvo una resistencia al choque térmico de 80 ciclos con aproximadamente 30% de su de laminación, principalmente con un deterioro en sus bordes y en el centro de la superficie del recubrimiento.ABSTRACT: ZrO2-36% wt. Al2O3 coatings were elaborated by atmospheric plasma spray. The system was composed of a ceramic layer of zirconia-alumina, a bond coat of NiCoCrAlY and a substrate of low carbon steel (AISI/SAE1020). Electrochemical impedance spectroscopy was used to study the evolution of corrosion resistance in 3.5% wt. NaCl aqueous solution during 5h, 1d, 7d, 14d, and 21days. The thermal shock resistance was studied introducing the samples into a furnace at 1020°C for 5 min, and then a quenching in water at room temperature was realized. Microcracks in the coating were one of the main responsible in the decreasing of polarization resistance in the coatings. The thermal shock resistance of coatings was 80 cycles producing spalling of approximately 30% of its surface, especially with deterioration at the edges and the center of the coating surface

Community-Level Responses to Iron Availability in Open Ocean Plankton Ecosystems

Predicting responses of plankton to variations in essential nutrients is hampered by limited in situ measurements, a poor understanding of community composition, and the lack of reference gene catalogs for key taxa. Iron is a key driver of plankton dynamics and, therefore, of global biogeochemical cycles and climate. To assess the impact of iron availability on plankton communities, we explored the comprehensive bio-oceanographic and bio-omics data sets from Tara Oceans in the context of the iron products from two state-of-the-art global scale biogeochemical models. We obtained novel information about adaptation and acclimation toward iron in a range of phytoplankton, including picocyanobacteria and diatoms, and identified whole subcommunities covarying with iron. Many of the observed global patterns were recapitulated in the Marquesas archipelago, where frequent plankton blooms are believed to be caused by natural iron fertilization, although they are not captured in large-scale biogeochemical models. This work provides a proof of concept that integrative analyses, spanning from genes to ecosystems and viruses to zooplankton, can disentangle the complexity of plankton communities and can lead to more accurate formulations of resource bioavailability in biogeochemical models, thus improving our understanding of plankton resilience in a changing environment

Comportamiento al choque térmico de recubrimientos de Al2O3 -45% TiO2 elaborados por proyección térmica por llama

RESUMEN: En este trabajo se evalúo el comportamiento al choque térmico de los recubrimientos de Al2O3–45% en peso de TiO2 elaborados mediante proyección térmica por llama sobre sustratos de acero al carbono AISI 1020. Para tal efecto fueron controlados los principales parámetros de la técnica de proyección térmica, tomando como variables la distancia de proyección y el uso de polvos de igual composición química pero diferente referencia comercial. Adicionalmente, se realizó un control sobre los espesores para determinar su efecto bajo carga térmica. El análisis por Difracción de Rayos X y la cuantificación de fases por el método de Rietveld permitió determinar las fases y su porcentaje en cada tipo de recubrimiento. Éstos fueron sometidos a ciclos repetitivos de enfriamiento-calentamiento entre 650 °C y temperatura ambiente con enfriamiento en agua. Se determinó que el espesor así como los defectos estructurales producidos durante la elaboración de los recubrimientos son características ligadas directamente con la resistencia al choque térmico. Así mismo, se determinó que las fases compuestas principalmente por titanatos de aluminio juegan un rol importante sobre el comportamiento al choque térmico.ABSTRACT: The purpose in this work was to evaluate the thermal shock behavior on coatings of Al2O3–45% wt.TiO2 deposited by flame thermal spray on carbon-steel substrates AISI 1020. For this, the main parameters of the flame spray process were controlled. The thermal spray distance andpowders with identical chemical composition and different commercial reference were taken as the only variables. Thickness of the coatings was controlled to determine the effect of the thermal load. The results of X-Ray diffraction and quantitative analysis by the Rietveld Method allowed to identify the phases and the percentages of each one. The coatings were subjected to thermal cycles between 650°C and room temperature with cooling in water. The thickness and structural defects (derived from the manufacturing) were properties related directly with the thermal shock resistance in this work. In addition, it was found that the phases composed by aluminium titanate have an important role in the thermal shock behavior