Prototipo de pieza de aluminio 6061 con oxidación por chorro de arena

1 Método de investigación

1.1 Concepto de diseño

El desarrollo del prototipo emplea una evaluación sistemática de los efectos del tratamiento superficial. Se prepararon especímenes de aluminio 6061 con dimensiones idénticas (50×50×5 mm) y condiciones iniciales de mecanizado para garantizar la reproducibilidad. La investigación se centró en cuantificar la interacción entre el chorro mecánico y la oxidación química.

1.2 Fuentes de datos y materiales

Se recopilaron datos experimentales a partir de tratamientos controlados en laboratorio. Se utilizaron partículas de alúmina de alta pureza (50–150 μm) para el chorro de arena. La oxidación se realizó en un horno humectado mantenido a 120°C ± 2°C. El análisis superficial se llevó a cabo mediante MEB (Hitachi SU5000) y profilometría óptica 3D (Bruker Contour GT). Las pruebas de dureza utilizaron un durómetro micro-Vickers con una carga de 500 g. La resistencia a la corrosión se evaluó según los estándares ASTM B117 de niebla salina durante 48 horas.

1.3 Procedimiento Experimental

1. Preparación de la superficie : Espécimenes desengrasados con acetona y secados.

2. La construcción de un edificio : Tamaño de partícula variable (50, 100, 150 μm), presión (0,3–0,7 MPa) y exposición (30–120 s).

3. Oxidación : Calentado en ambiente controlado (120°C, 50% HR) durante 1–3 horas.

4. Análisis : Imágenes de MEB adquiridas a 1000× de magnificación; la rugosidad se midió en cinco puntos por espécimen. La dureza se midió en tres ubicaciones; la resistencia a la corrosión se evaluó como área de picaduras a lo largo del tiempo.

2 Resultados y Análisis

2.1 Morfología Superficial

Las imágenes de SEM (Figura 1) revelan que las partículas de tamaño medio (100 μm) generan microindentaciones uniformes, favoreciendo la formación consistente de una capa de óxido. Las partículas más pequeñas producen hoyos más finos pero irregulares, mientras que las partículas más grandes crean irregularidades profundas e irregulares.

Figura 1. Imágenes de SEM de superficies de aluminio 6061 chorroadas con arena (1000×)

2.2 Análisis de rugosidad y dureza

Los resultados indican una reducción del 15 % en la rugosidad superficial de pico a valle para las muestras tratadas con partículas de 100 μm. Las mediciones de dureza muestran un aumento promedio del 12 % en comparación con las muestras sin tratar, lo que respalda una mayor resistencia al desgaste.

2.3 Resistencia a la corrosión

Las pruebas de niebla salina demuestran una reducción del 20 % en la picadura superficial para las muestras chorroadas y oxidadas en comparación con los controles sin tratar. Esta mejora es coherente con la formación de una capa de óxido uniforme.

3 Discusión

3.1 Interpretación del Mecanismo

El chorro de arena aumenta el área superficial y genera microindentaciones que facilitan la adherencia de la capa de óxido. La oxidación a temperatura controlada promueve una película de óxido uniforme y densa. La combinación de rugosidad mecánica y oxidación química contribuye a mejoras simultáneas en dureza y resistencia a la corrosión.

3.2 Limitaciones

El estudio se limita a especímenes a escala de laboratorio; los resultados pueden variar para componentes industriales más grandes. La selección del tamaño de partícula se limita a alúmina; otros medios podrían producir texturas superficiales diferentes.

3.3 Implicaciones Prácticas

Los parámetros optimizados de chorro de arena y oxidación proporcionan orientaciones aplicables para la fabricación de prototipos en sectores aeroespacial y automotriz. La adopción industrial puede mejorar la longevidad y el rendimiento de los componentes sin necesidad de procesos posteriores extensos.

4 Conclusión

El chorro de arena con partículas de alúmina de 100 μm seguido de oxidación a 120°C durante 2 horas mejora significativamente la uniformidad superficial, dureza y resistencia a la corrosión de prototipos de aluminio 6061. Los hallazgos orientan la selección de tratamientos superficiales para componentes de alto rendimiento y sugieren vías para escalar el proceso a producción industrial. Estudios futuros podrían explorar medios alternativos de chorro y protocolos de oxidación prolongados.

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Generalmente, la muestra tarda 1-2 semanas y la producción en lote tarda 3-4 semanas

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(1) Inspección de materiales - Verificar las superficies de los materiales y las dimensiones aproximadas.

(2) Primera inspección de producción - asegurar dimensiones críticas en la producción en masa.

(3) Inspección por muestreo - verificar la calidad antes de la entrega al almacén.

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