Relación entre resistencia a cavitación y propiedades físico-químicas y mecánicas de recubrimientos poliméricos para aplicaciones en turbinas hidráulicas

Abstract

En este estudio fue evaluada la resistencia a la cavitación de recubrimientos poliméricos basados en 3 diferentes resinas. Las resinas estudiadas fueron la epóxica, poliuretano y poliúrea, en algunos casos reforzadas con partículas sólidas como oxido de titanio y otros compuestos minerales que contienen silicio, calcio, magnesio, potasio y oxigeno. Los recubrimientos muestran un amplio rango de porosidades observándose los valores más grandes en las resinas poliuretano y poliúrea (hasta el 17%), aunque fue posible reducir estos niveles de porosidad en muchos casos por el control apropiado de los procesos de aplicación. Se realizaron pruebas de cavitación siguiendo la norma técnica ASTM G32-03, y la mejor resistencia fue observada en los recubrimientos epóxicos sin refuerzos cuyos tiempos de incubación promedio estuvieron de alrededor de 30 minutos. Las muestras con el peor comportamiento fueron los recubrimientos basados en poliuretano, los cuales no presentaron tiempo de incubación y altas tasas de desgaste (hasta de 50 mg-min). Las resinas de poliúrea presentaron altos niveles de desgaste, similares a las del poliuretano, pero al menos su periodo de incubación no fue nulo. Los mecanismos de desgaste principales en las resinas epóxicas fueron la fatiga superficial y el "crazing" así como el desprendimiento de refuerzos y pigmentos. En los poliuretanos y poliúreas la fractura frágil debida a crecimiento de grietas acelerado prevalecieron debido a su reducida resistencia adhesivo-cohesiva, aunque el desprendimiento de partículas también fue observado. / Abstract: In this study, the cavitation resistance of polymeric coatings based in 3 different resins was evaluated. The studied resins were epoxy, polyurethane and polyurea, in some cases reinforced with solid particles such as titanium oxide and other mineral compounds containing silicon, calcium, sodium, magnesium, potassium and oxygen. The coatings showed a wide range of porosities, being found the largest values in polyurethane and polyurea resins (up to 17%), although it was possible to reduce these porosity levels in many cases by proper control of the application processes. Cavitation tests following the standard ASTM G32-03 were performed, and the best resistance was observed in non-reinforced epoxy coatings, whose average incubation time was around 30 minutes. The samples with the worst behavior were the polyurethane based coatings, which had no incubation period and high wear rates (up to 50mg/min). The polyurea resins presented high wear levels, similar to those of polyurethanes, but at least the incubation period was not null. The main wear mechanisms in epoxy resins were surface fatigue and crazing, as well as detachment of reinforcements and pigments. In polyurethanes and polyureas, brittle fracture due to accelerated crack growing prevailed due to their reduced adhesive-cohesive strength, although the detachment of particles was also observed.