Vanadio frente a cromo en sistemas de recubrimiento por pulverización térmica

Introducción

Los sistemas de recubrimiento por pulverización térmica protegen los componentes de la corrosión y el desgaste. El vanadio y el cromo son componentes clave de estos recubrimientos, pero tienen propiedades diferentes que afectan a su comportamiento en condiciones extremas. En este artículo veremos en qué se diferencian el vanadio y el cromo.

Propiedades del material

El vanadio es un metal dúctil y ligero. Tiene una densidad de unos 6,0 gramos por centímetro cúbico, inferior a los 7,2 gramos por centímetro cúbico del cromo. El vanadio funde a unos 1910°C. Este metal posee una buena combinación de resistencia y tenacidad. Su microestructura, en la mayoría de los casos, mantiene capas duras con cierta ductilidad.

Elcromo tiene un punto de fusión de unos 1907°C. El cromo es un metal extremadamente duro y resistente a la corrosión. Su óxido forma una capa protectora que impide que las superficies metálicas sigan corroyéndose. En aplicaciones de proyección térmica, el cromo produce revestimientos duraderos y robustos. Su comportamiento en aplicaciones a altas temperaturas es muy fiable.

Los resultados de varios estudios indican que, como materia prima de pulverización térmica, el vanadio tendería a crear revestimientos resistentes al desgaste con una densidad menor. Mientras tanto, los revestimientos de cromo serían ligeramente más gruesos con una estructura extremadamente lisa y uniforme. Estas características resultan críticas a la hora de decidir cuál es el mejor material para un uso industrial concreto.

Consideraciones sobre el proceso de pulverización térmica

El proceso de pulverización térmica se basa en fundir una materia prima en polvo y soplarla sobre una superficie. En este caso, las características físicas de la materia prima son importantes. Las partículas de vanadio pueden fundirse más fácilmente en algunos sistemas. Son menos propensas a la oxidación prematura. No obstante, hay que tener cuidado de no aplicar una temperatura de llama demasiado alta.

Los polvos de cromo también deben controlarse cuidadosamente. Son más propensos a formar una capa de óxido antes de llegar al sustrato. Esta capa de óxido puede favorecer o impedir la adherencia del revestimiento, dependiendo de los parámetros del proceso. Los operarios suelen ajustar el tamaño de las partículas y la energía cinética para mejorar la calidad del revestimiento de ambos metales.

El control de la temperatura y la distancia de pulverización son factores importantes. En la práctica, los técnicos utilizan condiciones de proceso que mantienen una temperatura óptima. Utilizan caudales de gas y velocidades de partícula calibrados. Por ejemplo, una temperatura de llama de unos 2.500 °C y una distancia de pulverización controlada pueden ayudar a generar un revestimiento uniforme con menos óxidos en ambos metales. Estos factores ayudan a garantizar un rendimiento más predecible cuando el revestimiento se pone en servicio.

Comparación de prestaciones

Tanto el vanadio como el cromo tienen sus propias ventajas cuando se utilizan en el recubrimiento por pulverización térmica. Los revestimientos de vanadio suelen resistir bien el desgaste. Funcionan muy bien en aplicaciones en las que la superficie entra en contacto con la erosión causada por partículas o salpicaduras de líquidos. Se ha demostrado en pruebas de laboratorio que los revestimientos de vanadio reducen el desgaste hasta un 20% en comparación con las superficies no revestidas.

Los revestimientos de cromo ofrecen a menudo una mayor resistencia a la corrosión, por lo que son preferibles en aplicaciones en las que la humedad y los productos químicos agresivos destruyen el sustrato. Los revestimientos de cromo resisten el paso del tiempo cuando se aplican a componentes de hornos industriales o equipos marinos. Las pruebas de rendimiento indican que la capa de óxido protectora del cromo puede reducir los índices de corrosión hasta en un 30% en condiciones severas.

El rendimiento relativo de los recubrimientos depende del sustrato y del entorno. En condiciones de alta fricción, el vanadio puede reducir el estrés térmico. En cuanto a la resistencia química a la exposición prolongada a ácidos, el cromo sigue siendo una muy buena opción. Conociendo las prestaciones de cada metal, se puede hacer una elección práctica.

Aplicaciones industriales

Las industrias eligen estos metales en función de los problemas a los que se enfrentan a diario. Los revestimientos de vanadio son habituales en industrias en las que el desgaste es la principal preocupación. Por ejemplo, las piezas de turbinas hidráulicas, herramientas de corte y dispositivos de alto desgaste suelen llevar revestimientos de vanadio por pulverización térmica. En componentes de automoción y aeroespaciales, el peso mínimo y una resistencia aceptable al desgaste son algunas de las principales preocupaciones.

Los revestimientos de cromo se aplican en entornos corrosivos. Las aplicaciones típicas incluyen piezas para plantas químicas, equipos marinos y piezas de hornos a temperaturas elevadas. En la mayoría de los casos, la formación de una película estable de óxido de cromo mejora la vida útil de la pieza en entornos agresivos. Ambos metales también se han utilizado en álabes de turbinas y compresores industriales en los que preocupa la fiabilidad.

Ingenieros y técnicos se refieren a estudios de casos en los que los revestimientos de vanadio redujeron el tiempo de inactividad debido al desgaste abrasivo. En aplicaciones similares, los revestimientos de cromo han reducido los costes de mantenimiento gracias a su resistencia a la corrosión. Estas lecciones detalladas de muchas aplicaciones del mundo real han permitido a las industrias adaptar las propiedades de los materiales a requisitos específicos.

Tabla comparativa

Para más información, consulteStanford Advanced Materials (SAM).

Conclusión

Tanto el cromo como el vanadio aportan atributos positivos a los sistemas de recubrimiento por pulverización térmica. El vanadio es un metal ligero con una excelente resistencia al desgaste, muy adecuado para componentes mecánicos y para reducir la fricción. El cromo tiene una buena resistencia a la corrosión con una superficie lisa y dura. Su elección dependerá de las necesidades específicas de la aplicación y del entorno.

Preguntas más frecuentes

F: ¿Cuál es una ventaja de los revestimientos de vanadio?

P: Proporcionan una excelente resistencia al desgaste en entornos abrasivos.

F: ¿Cómo ayuda el cromo en entornos corrosivos?

P: Forma una capa de óxido protectora que reduce la corrosión.

F: ¿Qué industrias utilizan habitualmente estos recubrimientos por pulverización térmica?

P: Industrias como la automoción, la aeroespacial y el procesamiento químico utilizan estos revestimientos.