Convocatoria: Clean-Sky 2 del Horizon Europe Framework Programme H2020

Tratamientos superficiales Elhco - Electroless Hard Coat
Tratamientos superficiales Elhco - Electroless Hard Coat
Tratamientos superficiales Elhco - Electroless Hard Coat
  • Fecha de inicio: 1 de enero de 2021
  • Fecha de fin: 30 de octubre de 2023

  • Participantes: Fundación CIDETEC (ESP, coordinador del proyecto), Helmholtz-Zentrum Hereon (ALE), Fundación Azterlan (ESP), Elsyca NV (BEL), Max Planck Institut für Eisenforschung (ALE) y Elhco (ESP).

RESUMEN

Una desventaja asociada al recubrimiento de componentes basados en aceros de ultra alta Resistencia (UHSS) es el riesgo de fragilización por hidrógeno (HE en inglés) y la futura fractura de la parte. Este problema ha sido afrontado por el desarrollo de procesos de baja fragilización (LHE) y por la aplicación de una etapa de desgasificación. El proceso estándar de desgasificado de hidrógeno es aplicado de forma equitativa a los componentes independientemente de si el material es un acero UHSS o de la morfología y la composición del recubrimiento. Sin embargo, se conoce que la naturaleza y la estructura de tanto el material base como del recubrimiento tiene una gran influencia en la captura de hidrógeno y en la eficiencia de la desgasificado de hidrógeno. De este modo, habría mucho margen de mejora si se consiguiera una mejor comprensión de los fenómenos subyacentes en la desgasificado de hidrógeno de las capas de protección frente a la corrosión depositadas electroquímicamente de los aceros UHSS.

Como no existen técnicas experimentales para cuantificar el contenido de hidrógeno en una parte específica de una componente real en un entorno industrial, los enfoques por modelización y simulación, desarrollados con una sólida base experimental, están planteados para dar con las claves para la mejora del proceso de desgasificado de hidrógeno.

Así, si se creara un modelo verificado que relacionara la influencia de estructuras de capa indeseadas en la electrodeposición de capas de protección en aceros UHSS con la desgasificación de hidrógeno, se podría predecir la concentración de hidrógeno remanente en las partes de acero y la probabilidad de fragilización por hidrógeno. A nivel industrial, implicaría una minimización de los reprocesos y de los descartes de partes de aceros UHSS y un menor impacto a nivel medioambiental.

Con su enfoque digital, el proyecto H2Free pretende acelerar la introducción de la modelización de materiales en las tomas de decisiones de las industrias europeas y así vincular a todos los socios en plataformas y actividades conjuntas de modelización.
El proyecto reúne un consorcio robusto que se compone de 4 excelentes centros de investigación y 2 PYMES, con perfiles complementarios y dilatadas experiencias en sus respectivos campos, de forma que se cubren todas las competencias necesarias para llevarlo a cabo.

Una desventaja asociada al recubrimiento de componentes basados en aceros de ultra alta Resistencia (UHSS) es el riesgo de fragilización por hidrógeno (HE en inglés) y la futura fractura de la parte. Este problema ha sido afrontado por el desarrollo de procesos de baja fragilización (LHE) y por la aplicación de una etapa de desgasificación. El proceso estándar de desgasificado de hidrógeno es aplicado de forma equitativa a los componentes independientemente de si el material es un acero UHSS o de la morfología y la composición del recubrimiento. Sin embargo, se conoce que la naturaleza y la estructura de tanto el material base como del recubrimiento tiene una gran influencia en la captura de hidrógeno y en la eficiencia de la desgasificado de hidrógeno. De este modo, habría mucho margen de mejora si se consiguiera una mejor comprensión de los fenómenos subyacentes en la desgasificado de hidrógeno de las capas de protección frente a la corrosión depositadas electroquímicamente de los aceros UHSS.

Como no existen técnicas experimentales para cuantificar el contenido de hidrógeno en una parte específica de una componente real en un entorno industrial, los enfoques por modelización y simulación, desarrollados con una sólida base experimental, están planteados para dar con las claves para la mejora del proceso de desgasificado de hidrógeno.

Así, si se creara un modelo verificado que relacionara la influencia de estructuras de capa indeseadas en la electrodeposición de capas de protección en aceros UHSS con la desgasificación de hidrógeno, se podría predecir la concentración de hidrógeno remanente en las partes de acero y la probabilidad de fragilización por hidrógeno. A nivel industrial, implicaría una minimización de los reprocesos y de los descartes de partes de aceros UHSS y un menor impacto a nivel medioambiental.

Con su enfoque digital, el proyecto H2Free pretende acelerar la introducción de la modelización de materiales en las tomas de decisiones de las industrias europeas y así vincular a todos los socios en plataformas y actividades conjuntas de modelización.
El proyecto reúne un consorcio robusto que se compone de 4 excelentes centros de investigación y 2 PYMES, con perfiles complementarios y dilatadas experiencias en sus respectivos campos, de forma que se cubren todas las competencias necesarias para llevarlo a cabo.

OBJETIVOS DEL PROYECTO

El objetivo principal del Proyecto H2Free es el desarrollo de una guía práctica para el desgasificado de hidrógeno de aceros UHSS recubiertos con Zn-Ni, con el ánimo de reducir costes de producción y permitiendo la sustitución de los recubiertos de cadmio por los de Zn-Ni. La guía contendrá reglas y fórmulas simples que aporten unos criterios para el diseño del desgasificado, basados en datos experimentales y en la modelización, para predecir la efusión de hidrógeno en aceros UHSS recubiertos, la concentración del hidrógeno restante en los componentes y en consecuencia, la probabilidad de fragilización por hidrógeno.

Para este propósito, los objetivos específicos siguientes serán abordados:

  • Entender la manera en la que los materiales base (UHSS) propuestos para la investigación afectan la captura de hidrógeno y cómo su estructura afecta la efusión y el desgasificado de hidrógeno una vez recubiertos. Estos materiales serán clasificados en términos de susceptibilidad de fragilización de hidrógeno, basados en un primer enfoque bibliográfico para todos los materiales propuestos y luego en predicciones de modelos y datos experimentales para los 4 aceros UHSS seleccionados. Entonces, se desarrollará una metodología para clasificar a los materiales no sólo considerando su susceptibilidad a retener hidrógeno, sino también su facilidad para desgasificarse (posibilidad de operar a temperaturas más bajas, menos tiempo requerido para desgasificar). Actualmente, los estándares aeronáuticos para UHSS sólo consideran un grupo con 23 horas de desgasificado.
  • Obtener una comprensión mejor de la forma en la que los parámetros de recubrimiento (eléctricos e hidrodinámicos) determinan las morfologías de las capas depositadas y de cómo estas morfologías afectan tanto a la captura de hidrógeno como a los procesos de efusión de hidrógeno y de desgasificado. Se obtendrá una base de datos muy completa para el acero 300M, que es el acero UHSS más usado en las partes de trenes de aterrizaje. Este estudio será completado con más datos de otros 3 aceros UHSS representativos.
  • Determinación de los parámetros de concentración y penetración de hidrógeno en volúmenes locales específicos y áreas de material y recubrimiento como interfaces, límites de grano, segregaciones, etc. Estos parámetros serán correlacionados con el nivel de fragilización determinado por ensayo mecánico y su análisis de fractura superficial.
  • Para desarrollar y validar un modelo computacional para simular la captura de hidrógeno y la efusión en diferentes materiales base (4 aceros UHSS) dependiendo de las condiciones de recubrimiento, grosor de capa, morfología y condiciones de desgasificado. Esta herramienta matemática permitirá identificar la concentración de hidrógeno remanente en áreas específicas de las partes recubiertas donde la eliminación de hidrógeno es más difícil y por tanto la probabilidad de fragilización es más elevada. De este modo, se podría diseñar de una forma más exacta el proceso de desgasificado y así reducir los reprocesos, los descartes y el impacto medioambiental. El modelo será transferido y adaptado a geometrías complejas a través de una herramienta de simulación electroquímica en 3D (Elsyca PlatingMaster).
  • Establecer una metodología de caracterización de las partes recubiertas (método de verificación simple para evaluar la compactación del recubrimiento –fracturas, poros y tamaño de grano- y las fases estructurales si fuera necesario), aplicable en partes reales producidas en serie. Ésta se basaría en una inspección visual y/o colorimétrica apoyada por un agente químico de contraste junto con medidas de grosor y rugosidad. Este método permitirá el reproceso de partes de forma localizada usando la técnica de revestimiento con brocha sólo en las áreas con estructuras/morfologías de capa indeseadas.
  • Plantear unas guías para un proceso de desgasificado óptimo después del recubrimiento de Cd o Zn-Ni en vista a un riesgo reducido de fragilización por hidrógeno. El proyecto proveerá unas reglas/fórmulas simples con medidas a tomar después del recubrimiento del UHSS y unos criterios claros para desgasificar las partes de UHSS revestidas, en vistas a un proceso de desgasificado más fiable (estrategia de retención de hidrógeno cero). Esta optimización permitirá una reducción significativa del número de partes que tienen que ser reprocesadas e incluso descartadas. Además, acarreará una reducción del tiempo medio necesario para la desgasificación, que será adaptado a las características del revestimiento y a la geometría de la parte.
  • Asegurar unos procedimientos de desgasificado respetuosos con el medio ambiente y económicamente viables. La simulación promoverá soluciones basadas en diseños ecológicos. La mejora en la exactitud de los resultados de la simulación tendrá un impacto en los diseños de la parte y del proceso en el sentido de evitar sobrerrevestir las superficies más accesibles y asegurando la compactación de las capas. Esto asegurará satisfacer el grosor de revestido efectivo mínimo de las superficies menos accesibles de las partes con el mínimo tiempo de procesado y uso de productos químicos. Esto beneficia directamente al consumo de energía, al tiempo de producción y a la capacidad del proceso de recubrimiento. Además, también implica la definición de requerimientos para el equipamiento de recubrimiento más avanzado que minimice el riesgo de incidencias para el recubrimiento y áreas de desgasificado con características geométricas críticas. Otro apartado, además de la productividad y del consumo de materiales, es la minimización de los costes de las operaciones de reproceso y de las pruebas correctas de desgasificado de hidrógeno. Las reglas prácticas para el proceso de desgasificado que serán definidas en el proyecto conducirán a una reducción del consumo de energía en comparación al método estándar actual. Todos estos beneficios son más relevantes en el desarrollo de productos nuevos, ya que se reducirá tanto el coste como el plazo de espera requeridos para alcanzar un proceso de recubrimiento óptimo para partes nuevas.
  • Promover la diseminación, explotación y comercialización de los resultados, y contribuir a los planes de estandarización, incluyendo:

    • i) Una hoja de ruta para ir desde un TRL 5-6 hasta TRL 9 después del proyecto
    • ii) Recomendaciones acerca de los pasos a realizar para impulsar nuevos estándares sobre reducción del tiempo de desgasificado y presentarlos ante comités técnicos de estandarización.

OTROS PROYECTOS