¿Qué componentes son más importantes en los equipos de mezcla y mezcla por pulverización térmica?

Por qué la uniformidad de la mezcla de polvo depende de algo más que el diseño del mezclador

Recubrimientos por pulverización térmica Confíe en polvos de materia prima mezclados con precisión, ya que la composición y la distribución de partículas del material mezclado determinan directamente la densidad, la dureza y la fuerza de adhesión del recubrimiento una vez rociado. Cuando una especificación de recubrimiento requiere un polvo compuesto, como una mezcla de carburo de tungsteno y cobalto o un compuesto de metal y cerámica, el equipo de mezcla y combinación utilizado para preparar ese polvo debe lograr una distribución consistente hasta el nivel de las partículas, no solo una proporción general aproximada. La mezcla desigual se manifiesta más tarde como lecturas de dureza inconsistentes en un recubrimiento rociado, o como zonas localizadas donde un componente está subrepresentado, los cuales pueden hacer que un recubrimiento no supere la prueba de desgaste prematuro incluso aunque la composición nominal del polvo en el papel fuera correcta.

La geometría interna de la cámara de mezcla, el diseño de las cuchillas o paletas de mezcla y el tiempo de residencia que pasa el polvo en la mezcla activa interactúan para determinar qué tan bien se mezcla un lote. Un mezclador con una geometría de paleta que no se adapta bien a las características de flujo del polvo puede crear zonas muertas cerca de las paredes de la cámara donde el material recircula sin integrarse completamente en la mezcla a granel, lo cual es una causa común y a menudo pasada por alto de inconsistencia entre lotes que una simple inspección visual del polvo terminado no revelará.

Selección de revestimiento resistente al desgaste para materias primas en polvo abrasivo

Muchos polvos de materia prima para pulverización térmica, particularmente polvos cerámicos a base de carburo y a base de óxido, son inherentemente abrasivos y desgastarán progresivamente las superficies internas de una cámara de mezcla si el material de revestimiento de la cámara no se selecciona para resistir ese mecanismo de desgaste específico. Los revestimientos de acero dulce estándar se desgastan relativamente rápido bajo la exposición continua a partículas duras de cerámica o carburo y, a medida que la superficie del revestimiento se vuelve áspera y se pica, comienza a derramar contaminación metálica directamente en el lote de polvo, un defecto que puede comprometer la pureza química de un revestimiento en aplicaciones donde la tolerancia a la contaminación es estricta, como los revestimientos de componentes aeroespaciales o médicos.

Las cámaras de mezcla de acero endurecido para herramientas, revestidas de carburo de tungsteno o revestidas de cerámica abordan este riesgo de desgaste directamente, y la elección entre ellas generalmente depende de la abrasividad del polvo específico que se procesa y del costo aceptable del equipo. Los revestimientos cerámicos ofrecen la mayor resistencia al desgaste para los polvos más abrasivos, pero son más frágiles y pueden agrietarse bajo un impacto mecánico si un objeto extraño o un aglomerado de partículas de gran tamaño ingresa a la cámara de mezcla, mientras que los revestimientos de carburo de tungsteno ofrecen un término medio de alta resistencia al desgaste con una tolerancia al impacto algo mejor.

Detectar el desgaste del revestimiento antes de que la contaminación se convierta en un problema

Debido a que el desgaste del revestimiento es gradual y no siempre visible sin el desmontaje, establecer un intervalo de inspección programado basado en el total de horas de procesamiento o el recuento de lotes, en lugar de esperar a que aparezca un defecto visible en la calidad del recubrimiento pulverizado, detecta la degradación del revestimiento antes de que introduzca contaminación en los lotes de producción. Algunas operaciones complementan la inspección visual programada con pruebas periódicas de contaminación en el polvo mezclado terminado, verificando trazas de contenido metálico que indicarían que el revestimiento ha comenzado a desprenderse incluso antes de que el desgaste sea visible a simple vista.

Comparación de mecanismos de mezcla comunes para la preparación de polvos de pulverización térmica

Diferentes mecanismos de mezcla se adaptan a diferentes características del polvo, y seleccionar el mecanismo incorrecto para un tipo de polvo determinado puede producir una mezcla inadecuada o una degradación no deseada de las partículas. La siguiente comparación describe dónde divergen los enfoques de mezcla comunes en cuanto al rendimiento práctico para la preparación de materia prima para pulverización térmica.

Los polvos compuestos secados por aspersión, que son comunes en aplicaciones de aspersión térmica porque el proceso de secado por aspersión crea aglomerados uniformes y fluidos a partir de materias primas más finas, requieren especial cuidado en la selección del mecanismo, ya que el corte excesivo durante la mezcla puede fracturar estos aglomerados y alterar la distribución del tamaño de las partículas para las que fue diseñado específicamente el proceso de secado por aspersión.

Prevención de la segregación de partículas durante y después de la mezcla

La segregación, la tendencia de las partículas con diferente tamaño o densidad a separarse después de la mezcla en lugar de permanecer distribuidas uniformemente, es uno de los desafíos más persistentes en la preparación de polvo por aspersión térmica. Incluso un lote que se mezcla hasta alcanzar un estado genuinamente uniforme dentro del mezclador puede segregarse posteriormente durante la descarga, transferencia o almacenamiento si el equipo de manipulación de polvo introduce vibración o altura de caída libre que permite que partículas más pesadas o más grandes migren hacia abajo a través del material a granel.

• Minimizar la distancia de caída libre durante la descarga y transferencia del polvo reduce la energía cinética disponible para impulsar la segregación, lo cual es particularmente importante para los polvos compuestos con diferencias de densidad significativas entre los componentes.
• Las tolvas de descarga de flujo másico, que extraen el polvo de toda la sección transversal del recipiente de almacenamiento en lugar de permitir un patrón de flujo en embudo que extrae sólo desde el centro, ayudan a preservar la uniformidad de la mezcla durante todo el proceso de descarga.
• La vibración durante el transporte o el almacenamiento, incluso a baja amplitud, puede impulsar la segregación con el tiempo en polvos con diferencias de tamaño de partículas, razón por la cual el polvo mezclado destinado a un almacenamiento prolongado se beneficia de procedimientos de embalaje y manipulación que minimizan la exposición sostenida a la vibración.

Componentes del sistema de alimentación y su efecto sobre la consistencia de la pulverización

Más allá de la etapa de mezclado y combinación en sí, los componentes del alimentador de polvo que entregan la materia prima mezclada a la pistola de pulverización térmica desempeñan un papel igualmente importante en la calidad del recubrimiento final, ya que incluso un polvo perfectamente mezclado puede producir un recubrimiento inconsistente si la velocidad de alimentación fluctúa durante la pulverización. Los alimentadores de disco giratorio o rueda, que dosifican el polvo a través de cavidades calibradas en un disco giratorio, necesitan que la geometría de la cavidad coincida con las características de flujo del polvo específico; una cavidad diseñada para un polvo esférico de flujo libre puede producir un polvo más cohesivo y de forma irregular que no llena la cavidad completamente en cada rotación.

El caudal del gas portador y la estabilidad de la presión en el alimentador también afectan directamente la consistencia de la entrega del polvo, ya que las fluctuaciones en la presión del gas portador cambian la relación polvo-gas que llega a la pistola rociadora en tiempo real, lo que se muestra como bandas de densidad visibles o variación de espesor a lo largo del recubrimiento rociado. Los alimentadores con suministro de gas portador regulado por presión y características consistentes de desgaste de la cavidad durante su vida útil producen resultados de recubrimiento más repetibles que los alimentadores que dependen de un suministro de aire no regulado sujeto a fluctuaciones de presión de otros equipos en la misma línea de aire comprimido.

Patrones de desgaste en componentes del alimentador que afectan la precisión de la medición

Los discos de alimentación rotativos y las cavidades se desgastan gradualmente con la exposición continua a polvos abrasivos y, a medida que las paredes de la cavidad se erosionan, el volumen efectivo de la cavidad aumenta ligeramente, lo que provoca una lenta deriva en la dosis de polvo entregado que no siempre se nota de una sesión de pulverización a la siguiente, pero que se vuelve significativa a lo largo de la vida útil del componente. Establecer un cronograma de reemplazo para los componentes de desgaste del alimentador basado en el rendimiento total del polvo, en lugar de esperar a que una desviación en la calidad del recubrimiento impulse la inspección, ayuda a mantener velocidades de alimentación consistentes durante toda la vida útil del equipo.

Control de limpieza y contaminación cruzada entre lotes de polvo

Las operaciones de pulverización térmica que procesan múltiples formulaciones en polvo a través del mismo equipo de mezclado enfrentan un riesgo persistente de contaminación cruzada, ya que incluso pequeñas cantidades residuales de un lote de polvo anterior pueden alterar la composición de un lote posterior lo suficiente como para afectar las propiedades del recubrimiento, particularmente para recubrimientos con tolerancias de composición estrictas. La geometría interna de la cámara con grietas mínimas, esquinas internas redondeadas y puntos de limpieza accesibles reduce significativamente la cantidad de polvo residual que puede quedar atrapado en áreas de difícil acceso del equipo de mezcla entre lotes.

Establecer un procedimiento de limpieza validado, en lugar de depender únicamente de la limpieza visual, es particularmente importante cuando se cambia entre formulaciones de polvo con composiciones significativamente diferentes, como al pasar de una mezcla de carburo a base de cobalto a una mezcla de aleación a base de níquel, ya que la inspección visual no puede detectar rastros de contaminación residual en niveles que pueden afectar las especificaciones de recubrimiento sensibles. Algunas operaciones dedican equipos de mezcla específicos a familias de polvos específicas por completo, evitando el riesgo de contaminación cruzada a costa de una inversión adicional en equipos, lo que generalmente se justifica cuando las especificaciones de recubrimiento para los productos involucrados tienen poca tolerancia a la desviación de composición.