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

Abstract

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.