Study of thermal shock resistance of flame sprayed coatings manufactured to protect molds used in glass containers industry

Abstract

RESUMEN: Los moldes usados en la manufactura de vidrio están sujetos a continuos ciclos de calentamiento y enfriamiento, lo que resulta en fallas prematuras por fatiga térmica. Con la idea de proteger estos moldes, una aleación de níquel (Eutectic Castolin CPM 1205TM) fue depositada por proyección térmica de llama bajo condiciones de combustión neutras como capa base sobre sustratos de hierro gris. Posteriormente, con la misma técnica de proyección, y bajo condiciones oxidantes y superoxidantes, fueron aplicados como recubrimientos superiores polvos de: Al2O3-40 wt. % TiO2, ZrO2-36 wt. % Al2O3 y Al2O3, así como el cermet: Ni-WC, esto con el fin de evaluar la influencia del tipo de llama y el tipo de recubrimiento sobre la resistencia al choque térmico. Los resultados indican que los recubrimientos de Ni-WC manufacturados desde polvos de Eutectic Castolin 10112TM en condiciones oxidantes, así como recubrimientos de ZrO2-Al2O3 fabricados desde polvos nanoaglomerados de Eutectic Castolin 25088TM en condiciones superoxidantes, mostraron los mejores desempeños. La naturaleza del Ni-WC permitió incrementar la resistencia al choque térmico debido al comportamiento termoelástico de la matriz de níquel, así como a la capacidad de contrarrestar las grietas característica de los materiales compuestos. Por su lado, para los recubrimientos de ZrO2-Al2O3, la microestructura bimodal que esta clase de materiales muestra fue la que contribuyó a incrementar la resistencia al choque térmico. Por último, es de notar que los mejores desempeños para ambos tipos de recubrimientos fueron obtenidos en niveles de porosidad entre 20% y 40%.

ABSTRACT: Molds used in glass manufacturing are subjected to continuous heating and cooling cycles, which result in their premature failure by thermal fatigue. In order to protect these molds a nickel alloy (Eutectic Castolin CPM 1205TM) was deposited as bond coat by flame spraying onto compacted graphite iron substrates and then, Al2O3-40 wt. % TiO2, ZrO2-36 wt. % Al2O3 and Al2O3, as well as a Ni-WC cermet, were sprayed as a top coatings using super oxidized and slightly oxidized flames. The effect of the flame type and the thickness of coatings on thermal shock resistance were evaluated. The results obtained indicate that coatings of Ni-WC sprayed from Eutectic Castolin 10112TM powders using a slightly oxidized flame, and ZrO2-Al2O3 coatings manufactured from nano-agglomerated Eutectic Castolin 25088TM powders with an super oxidized flame showed the best performances. The nature of Ni-WC cermets allowed increasing the thermal shock resistance due to the thermo-elastic behavior of nickel matrix and the arrest crack effect characteristic of composite materials. Likewise, in ZrO2-Al2O3 coatings, the bimodal microstructure that this kind of coatings shows contributed to increase the thermal shock resistance. The better performances of both coatings were obtained with a porosity level between 20% and 40%.