Diseño y evaluación de mezclas de soldadura cerámica

H. E. LOBATO, M. A. CAMERUCCI, A. L. CAVALIERI

Santiago, Chile

Congreso; CONAMET/SAM 2006; 2006

Sociedad Chilena de Metalurgia y Materiales-Asociación Argentina de Materiales

En este trabajo se estudiaron las reparaciones obtenidas mediante ensayos de soldadura cerámica a escala laboratorio realizados sobre sustratos de sílice empleando diferentes polvos comerciales para soldadura cerámica y mezclas diseñadas que difieren en las características granulométricas, contenido de las fases refractarias y contenido y tipo de material oxidable (silicio y aluminio). Se trabajó con dos polvos comerciales (A y B) para la reparación de revestimientos refractarios de sílice y dos mezclas diseñadas, una obtenida a partir de una molienda del polvo A y la otra por corte granulométrico del polvo B y agregado de 14 % en peso de silicio en polvo como combustible. Los polvos de soldadura se caracterizaron por análisis granulométrico por tamizado, medidas de densidad picnométrica, análisis térmico diferencial (ATD/ATG), análisis cualitativo de fases por difracción de rayos X (DRX) y semicuantitativo por el método Rietveld empleando el programa Fullprof de refinamiento estructural. Como sustratos refractarios se emplearon ladrillos de sílice de calidad KN que se caracterizaron por medidas de porosidad, DRX y microscopía óptica. Para la proyección de los polvos de soldadura se empleó una máquina abierta tipo venturi construida bajo diseño propio. Los ensayos se llevaron a cabo empleando oxígeno como gas de transporte, una temperatura de sustrato de 1000 ºC, presión de 4,5 bar y distancia de aplicación de 8 cm realizándose un número de proyecciones variable hasta obtener un espesor de recubrimiento de aproximadamente 1 cm en todos los casos. En todos los ensayos, las muestras se retiraron del horno inmediatamente después de las proyecciones para su estudio. Las masas de reparación obtenidas se caracterizaron por medidas de densidad y porosidad aparentes (método de Arquímedes en agua con probetas cuya superficie se selló con barniz), análisis cualitativo por DRX y análisis por microscopías óptica y electrónica (SEM). El análisis microestructural de las interfases ladrillo de sílice/masa de soldadura se realizó por microscopía electrónica de barrido (SEM).  Los resultados obtenidos de las reparaciones realizadas en laboratorio se compararon con los obtenidos con un refractario de sílice reparado en planta por soldadura cerámica. Adicionalmente, se realizó un estudió a 1200 °C para analizar la evolución de las fases generadas durante la proyección en función del tiempo de permanencia a esa temperatura. Para ello se llevaron a cabo tratamientos a 1200 °C durante tiempos hasta 32 h. El análisis de las fases en función del tiempo se realizó por DRX. En todas las muestras analizadas, las masas de soldadura obtenidas en laboratorio presentaron porosidad variable y un aspecto vítreo con zonas donde se aprecia que ha ocurrido fusión de los componentes. Adicionalmente, a lo largo de la interfase ladrillo/masa de soldadura se formó una  unión cerámica entre los componentes del sustrato y de la mezcla de soldadura presentando también zonas de aspecto vítreo y diferente contenido de huecos. Se determinó una significativa influencia, tanto de las características granulométricas del polvo de soldadura empleado como de su composición, sobre la calidad de las reparaciones obtenidas. Con el polvo de soldadura comercial B de distribución de tamaños de partículas más amplia y diámetro medio intermedio se obtuvo una reparación de calidad superior (baja porosidad y excelente continuidad estructural a lo largo de la interfase sustrato/masa de soldadura) a las obtenidas con los restantes polvos. Un tamaño medio de partícula muy fino del agregado refractario que compone la mezcla de soldadura disminuyó drásticamente la ocurrencia de las reacciones de oxidación generando, además, un desgaste erosivo del sustrato durante la proyección. La ausencia de Al y presencia de partículas de Si muy finas condujo a una masa de reparación con el más bajo espesor y las menores cristalinidad y porosidad obteniéndose un valor cercano (18,9%) al que presentó la masa de reparación del ladrillo reparado en Planta post-mortem (17,6 %). Se corroboró por DRX la evolución de las masas de reparación a las fases cristalinas estables a alta temperatura.