Fatiga de aleaciones de aluminio aeronáutico con nuevos tipos de anodizado de bajo impacto ambiental y varios espesores de recubrimiento

Abstract

[Resumen]

Para mejorar la resistencia de las aleaciones de aluminio frente al fenómeno de la corrosión, la técnica de protección superficial más empleada hasta el momento es el anodizado. Las ventajas frente a otros métodos de recubrimiento son básicamente, la sencillez de la metodología, la manera controlada con la que se crecen las películas de óxidos (capa protectora de alúmina) sobre la superficie, y los buenos resultados obtenidos como método de protección frente a la corrosión y al desgaste. Una de las características fundamentales del anodizado es que puede ser realizado utilizando diferentes medios (los convencionales son medios ácidos como el sulfúrico, crómico y fosfórico), y en función del tipo de electrolito utilizado, el crecimiento de la película de alúmina se realizará en diferentes condiciones y sus características de porosidad y estructura variarán según haya sido el tipo de anodizado. En consecuencia, las superficies de las aleaciones de aluminio anodizadas presentarán diferentes morfologías y acabados superficiales, en función del proceso de anodizado, y la resistencia a fatiga de estos metales serán diferentes a las tabuladas para las aleaciones de aluminio sin ningún tipo de tratamiento superficial. Por tanto, cuando se trabaja con nuevos tipos de recubrimientos, es necesario evaluar la respuesta a fatiga del material para poder garantizar la integridad superficial de los componentes. Seleccionando de manera adecuada las condiciones de anodizado es posible crecer capas de óxido sobre la superficie para que el metal sea resistente en un determinado medio corrosivo. Sin embargo, los recubrimientos anódicos tienen un efecto perjudicial sobre el comportamiento a fatiga . El recubrimiento de la capa de óxido es frágil comparado con el sustrato de aluminio y se fractura con facilidad en condiciones cíclicas de tensión. Otro parámetro importante son las tensiones internas de tracción. Rateick et al. mostraron que el anodizado en la aleación 6061-T6 produce una apreciable reducción en la resistencia a fatiga y que la presencia de grietas en el recubrimiento es la responsable de este deterioro. En general, es aceptado que los recubrimientos anódicos mejoran la resistencia a la corrosión, pero reducen la respuesta a fatiga del aluminio y sus aleaciones. Sin embargo, no existe un estudio sistemático sobre la influencia del espesor del recubrimiento en el comportamiento a fatiga.

En esta tesis el objetivo fundamental se centra en encontrar la correlación entre diferentes tipos y espesores de anodizado con la respuesta a fatiga en la aleación de aluminio de alta resistencia 7075-T6. A diferencia de otros estudios realizados sobre esta aleación, los ensayos de fatiga se han realizado en flexión en cuatro puntos y como técnicas de anodizado se han utilizado electrolitos que contienen componentes orgánicos y que pueden suponer una importante reducción en los residuos químicos producidos en la industria del anodizado. Como objetivos más concretos, este trabajo de investigación se ha centrado en los siguientes aspectos:

Evaluar si los recubrimientos alternativos de bajo impacto ambiental que se proponen con baños mixtos de ácidos inorgánicos y orgánicos igualan o mejoran las prestaciones de fatiga de los anodizados convencionales en medios ácidos. Diseñar un ensayo de fatiga en flexión de cuatro puntos que permita la realización de ensayos combinados corrosión-fatiga. Elaborar una base de datos de curvas S-N-P en ambiente inerte para las aleaciones de aluminio de alta resistencia 7075-T6 utilizando el ensayo de fatiga en flexión en cuatro puntos. Establecer un criterio de fallo para el ensayo de fatiga en flexión en cuatro puntos. Este tipo de ensayos sobre materiales metálicos no están normalizados por lo que la geometría del ensayo y parámetros de control no están marcados en ninguna norma. De hecho, uno de los problemas que se plantea con el aluminio es que es un material dúctil y la rotura no se produce de manera instantánea, sino que está asociada con una propagación estable de la grieta. Esto desde el punto de vista experimental es un problema para fijar el momento de la rotura, porque antes de que se produzca el fallo de la pieza, la vida útil del material ya ha terminado (la propagación de la grieta reduce la sección neta del material y la capacidad de soportar cargas). Por tanto, es fundamental establecer un criterio de rotura que en principio estará asociado con el aumento de flexibilidad del material (avance de la grieta). Aportar información sobre la influencia del espesor del recubrimiento en la respuesta a fatiga (tanto en la resistencia como en el límite de fatiga) cuando el anodizado se realiza sobre probetas de sección plana. La información disponible en la literatura científica sobre la influencia del recubrimiento está relacionada con los ensayos de fatiga rotativa, donde el anodizado se produce sobre probetas de sección circular.