Por Dr. Chris Jackson, director Certech de Morgan Advanced Materials.
La industria de moldeo por inversión utiliza núcleos cerámicos en diferentes aplicaciones debido a sus muchas propiedades ventajosas, como por ejemplo, resistencia, cualidades refractarias y estabilidad en condiciones extremas. Los núcleos permiten la creación de cavidades interiores que son muy pequeñas o complejas de desmoldar durante el proceso de moldeo por inversión. No obstante, si se debe alcanzar el mejor resultado posible entonces el núcleo cerámico utilizado en cualquier aplicación debe fabricarse con los materiales más adecuados, es decir, cada aplicación precisará de un tipo concreto de cerámica para obtener el mejor resultado. Asimismo, es fundamental el tipo de aleación que se funde: los núcleos cerámicos se pueden utilizar con una gran variedad de aleaciones, incluidas las basadas en níquel y cobalto, aceros, aluminio y titanio, pero siempre con la combinación adecuada entre aleación y cerámica. El tamaño y la complejidad del objeto moldeado también afectarán a la elección del núcleo cerámico, al igual que la facilidad para poder retirar el núcleo tras el proceso (i.e. lixiviabilidad). A continuación, se exponen algunos de los materiales de núcleo cerámico utilizados con frecuencia, detallando los procesos y las situaciones de moldeo en las que son más adecuados.
Alúmina >97%Este material es particularmente adecuado para la fundición equiaxial, un proceso en el cual los moldes de cerámica son precalentados a una temperatura justo por debajo de la de solidificación de la aleación. Así, cuando la aleación entra en el molde se enfría rápidamente y crea una estructura granular uniforme. Los materiales cerámicos con alúmina >97% se pueden utilizar en una amplia selección de aleaciones incluidas las basadas en níquel y cobalto, y la cerámica toma la forma de un solo material con distribución de las partículas gruesas. Los materiales cerámicos con alúmina >97% no se pueden retirar con métodos estándar, pero tienen unas cualidades de resistencia y refractariedad extraordinarias. Zircón >95%Otra cerámica ideal para la fundición equiaxial es el zircón >95%, particularmente apropiado para aleaciones que contengan altos niveles de cobalto. El cobalto reacciona con los núcleos que tienen un alto contenido en sílice, por lo que los núcleos de sílice son inadecuados para estas aplicaciones. La cerámica con zircón >95% tiene un tamaño de grano grueso y es adecuada para la fundición de piezas grandes y macizas. No son reactivas y se pueden eliminar de manera mecánica o mediante chorro de agua.
Zirconia >94%La cerámica con zirconia >94% se utiliza principalmente en la fundición equiaxial, y dan excelentes resultados cuando se emplean con aleaciones de titanio. Tiene un tamaño de grano fino y se elimina mediante golpes, chorro de arena o agua. Sílice fundida 100%Otra cerámica muy utilizada en la fundición equiaxial es la sílice fundida, que sirve para la mayoría de aleaciones de níquel y aluminio. La cerámica de sílice fundida está disponible en diferentes tamaños de grano que permite la fabricación de diversas geometrías y se retira fácilmente, incluyendo su retirada por chorro de agua. La sílice fundida es estable, débil y deformable, y es resistente a la fisuración en caliente.
Sílice fundida 96%, zircón 2%, alúmina 2%Esta combinación crea un material cerámico utilizado principalmente en la fundición monocristalina y de solidificación dirigida, y en la mayoría de aleaciones DS y SX. La combinación de sílice fundida 96%, zircón 2% y alúmina 2% está disponible en diferentes formas, pero generalmente tiene un tamaño de grano fino para utilizar en la fundición de pequeñas piezas complejas. Se retira fácilmente y es por tanto ideal para la fundición de pasillos ciegos y núcleos pequeños y complicados. Este material cerámico tiene una gran estabilidad a elevadas temperaturas. Sílice fundida 74%, zircón 24%, alúmina 2%Esta combinación altamente versátil de sílice fundida 74%, zircón 24% y alúmina 2% se puede utilizar en la fundición equiaxial monocristalina o de solidificación dirigida, y con aleaciones que tienen una elevada temperatura de precalentamiento. Se utiliza con frecuencia en la mayoría de las aleaciones con base de níquel, DS y SX. Está disponible en distribuciones con diversos tamaños de grano, y se puede utilizar, por lo tanto, en la fabricación de diversas geometrías, siendo fácil de retirar. La combinación de sílice fundida 74%, zircón 24% y alúmina 2% presenta una estabilidad excelente a altas temperaturas y se puede utilizar en una amplia gama de tamaños y diseños de núcleos.
Procesos adicionalesSe pueden realizar otros procesos tras la cocción del núcleo para aumentar su rendimiento durante el moldeo por inversión, como por ejemplo, la impregnación del núcleo para mejorar su resistencia a temperatura ambiente o altas temperaturas. Las soluciones de impregnación más utilizadas son la sílice coloidal, el polímero hidrosoluble y la urea. Otro proceso de mejora al que se somete el núcleo una vez cocido y que puede contribuir a la optimización del rendimiento de los núcleos cerámicos en el moldeo por inversión es el recubrimiento de la superficie del núcleo para prevenir la reacción de fusión del núcleo o controlar el crecimiento de los granos. A menudo se utilizan recubrimientos de alúmina y aluminato de cobalto. Independientemente del proceso de post cocción que se utilice, la mayoría de materiales son fácilmente eliminables de la fundición, bien mediante lixiviación química o utilizando chorros de agua. ResumenLos materiales cerámicos son ampliamente utilizados en las aplicaciones de moldeo por inversión en muchos sectores industriales debido a sus múltiples cualidades, incluidas la estabilidad ante condiciones ambientales extremas, la resistencia y la facilidad de eliminación una vez que la fundición está completada. Los materiales cerámicos modernos combinan alto rendimiento con rentabilidad, y son ideales para los procesos complejos de fundición. Los procesos modernos también permiten la adaptación de muchos de estos materiales para satisfacer necesidades concretas del cliente, a la vez que las herramientas existentes se pueden utilizar generalmente para fabricar núcleos cerámicos a partir de una amplia variedad de materiales. Para más información acerca del uso de núcleos de cerámica en el moldeo por inversión, y las variedades y formas de materiales disponibles, visite www.mtccertech.com.
