BR102017011479A2 - Sliding component and method - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a um envoltório de um componente deslizante, tal como um componente deslizante para um motor, que forma a superfície do mancal contra um munhão de aço ou algo do gênero. o envoltório (12) compreende partículas intermetálicas (14) em uma matriz eletrogalvanizada que compreende sn. as partículas intermetálicas apropriadas podem ser aluminetos, aluminetos de níquel, ou ni3al. o envoltório é formado por meio de eletrogalvanização, misturação das partículas do composto intermetálico com uma solução de eletrogalvanização para a eletrodeposição de sn ou de uma liga de sn, e codeposição do composto intermetálico e de sn ou da liga de sn sobre um substrato (6, 4).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPONENTE DESLIZANTE E MÉTODO".

[001] A presente invenção refere-se a um componente deslizante e a um método para a produção de um componente deslizante. Em particular, a invenção refere-se a um envoltório de um componente deslizante e a um método para a produção do envoltório. O componente deslizante pode ser um componente deslizante para um motor, tal como um mancai, uma bronzina do mancai, uma bucha, uma arrue-la de pressão, um mancai de munhão ou algo do gênero. ANTECEDENTES

[002] Em um motor de combustão interna, cada conjunto do mancai principal compreende tipicamente um par de meios mancais que retêm um munhão cilíndrico de um eixo de manivela. Cada meio mancai compreende uma bronzina semicilíndrica do mancai. As bron-zinas de mancai têm tipicamente uma construção em camadas a fim de prover o desempenho mecânico requerido. Um material de revestimento protetor forte provê resistência estrutural, e é revestido com uma ou mais camadas que têm propriedades tribológicas preferidas para prover uma superfície do mancai que fica voltada para e suporta o munhão do eixo de manivela cooperante. O revestimento protetor é normalmente de aço, com uma espessura de 1 mm ou mais, e é revestido com ou ligado a uma camada de forração (que pode compreender mais de uma camada individual), e um envoltório que fica voltado para o munhão do eixo de manivela. A camada de forração compreende tipicamente um material à base de cobre (por exemplo, bronze de cobre-estanho) ou um material à base de alumínio (tal como o alumínio ou uma liga de alumínio-estanho) aderido ao revestimento protetor diretamente ou com uma camada intermediária, e tem uma espessura de cerca de 0,05 a 0,5 mm. O envoltório pode ser uma camada à base de polímero de plástico, depositada por meio de asper- são, ou uma camada de metal tal como uma camada de uma liga de chumbo-estanho (Pb-Sn) depositada por meio de bombardeamento iônico ou eletrogalvanização. O envoltório pode ser separado da camada de forração por uma barreira de difusão na forma de uma camada intermediária, por exemplo, de níquel.

[003] A função do envoltório é de prover uma camada conformá-vel relativamente mole que possa acomodar quaisquer pequenos de-salinhamentos entre o munhão de aço mais duro do eixo de manivela e as bronzinas do mancai, e receber e engastar as partículas de sujeira que podem circular no suprimento de óleo e entram do mancai, de modo a impedir danos ou arranhões no munhão. Essas funções do envoltório são denominadas respectivamente de conformabilidade e engastabilidade.

[004] Essas funções requerem que o envoltório seja relativamente mole e deformável, mas ao mesmo tempo suficientemente robusto para prover uma superfície do mancai que tenha uma vida longa, sem rachaduras devidas à sobrecarga ou fadiga e sem desgaste inaceitável.

[005] Surgiu um desafio particular ao desempenho do envoltório nos anos recentes a partir da configuração de economia de combustível dos motores de veículos modernos para a operação de "parada-partida". Embora os mancais de motor sejam convencionalmente lubri-ficados hidrodinamicamente durante o uso, pouca ou nenhuma lubrificação pode ser provida aos mancais quando é dada a partida a um motor. Por conseguinte, a operação de parada-partida de um motor acarreta maiores demandas em relação ao desempenho dos mancais, e em particular o desempenho dos envoltórios.

[006] É sabido que as ligas de chumbo-estanho provêm materiais eficazes para os envoltórios, mas há uma pressão sobre os projetistas de motores no sentido de eliminar o chumbo dos motores, inclusive dos componentes de desgaste. Consequentemente, os projetistas têm procurado alternativas.

[007] Uma opção para eliminar o chumbo pode ser o uso de estanho (Sn) puro, que é tipicamente mole o bastante para prover a con-formabilidade e a engastabilidade, mas à custa de taxas de desgaste elevadas.

[008] Um fator no aumento da resistência ao desgaste de uma camada de estanho eletrogalvanizada é proposto no documento de patente GB2522035. A microestrutura de uma camada de estanho, e em particular a sua morfologia de grão, pode ser controlada mediante o controle das condições da eletrogalvanização, e a morfologia do grão afeta as propriedades físicas da camada de estanho. Uma morfologia compreende grãos colunares, em que uma relação de aspecto dos grãos (que pode ser avaliada como uma relação entre um tamanho de grão médio perpendicular ao substrato da camada eletrogalvanizada e um tamanho de grão médio paralelo ao substrato) é grande. Tal camada tem uma dureza e uma resistência ao desgaste relativamente elevadas. Esse tipo de camada é denominado de camada de estanho brilhante, porque a sua superfície tende a ser brilhante ou re-fletiva. Uma outra morfologia compreende grãos equiaxiados, tipicamente de um tamanho menor. Isso provê uma camada de uma dureza menor, provendo uma conformabilidade e uma engastabilidade maiores do que uma camada que compreende grãos colunares, mas padece de taxas de desgaste inaceitável mente elevadas. Esse tipo de camada é denominado de camada de estanho fosca, porque tem uma superfície não refletiva mate. O documento de patente GB2522035 propõe uma estrutura de envoltório compósita, a qual tem uma camada de estanho fosca eletrogalvanizada sobre uma camada de estanho brilhante subjacente. Essa estrutura é obtida, por exemplo, mediante a deposição da camada subjacente ao usar galvanização de corrente contínua (CC), e ao mudar para uma polarização catódica pulsada para depositar a camada de estanho fosca.

[009] Uma outra técnica que um projetista pode considerar para aumentar a resistência ao desgaste de um envoltório de um material mole tal como o estanho consiste na incorporação de partículas duras no envoltório, por exemplo, para produzir uma matriz de estanho reforçada pelas partículas mais duras. No entanto, é desejável formar um envoltório de estanho através de eletrogalvanização, e é bem sabido que há um problema na tentativa de incorporar partículas duras em tal camada eletrogalvanizada. Normalmente, quaisquer partículas duras misturadas em uma solução de eletrogalvanização serão simplesmente rejeitadas pelos dendritos de metal que crescem a partir do cátodo quando a camada de metal é eletrogalvanizada, com o resultado que as partículas duras não são incorporadas na camada de metal eletrogalvanizada.

[0010] Uma tentativa para resolver este problema é descrita na publicação de patente GB2497520, que descreve uma abordagem para incorporar partículas duras de TiCN, SiC, NBC, SbN4, Al203, TiN ou B4C durante a eletrogalvanização de um envoltório de estanho. O documento de patente GB2497520 descreve o problema que o elemento versado na técnica enfrentou buscando a incorporação de tais partículas ao estanho eletrodepositado, ou seja, que as partículas são rejeitadas continuamente da camada de estanho à medida que é eletrodepo-sitada, e não são codepositadas na camada. Uma razão para isso é explicada no documento de patente GB2497520, que é que a taxa de deposição metálica sob uma corrente catódica constante é limitada pela mobilidade iônica dos íons de metal (isto é, os íons de estanho), devido à presença de uma região de depleção no eletrólito perto da superfície do cátodo. Embora as partículas duras suspensas no eletrólito possam aderir temporariamente na superfície do cátodo de eletro- galvanização, foi verificado que a deposição lenta dos íons de metal que ocorre sob a corrente catódica constante é ineficiente na incorporação dessas partículas de superfície na camada depositada, ao invés disso com as partículas remanescentes na superfície da camada enquanto a camada de metal cresce. O documento de patente GB2497520 oferece uma solução para esse problema, mediante a aplicação de um potencial de eletrogalvanização pulsado ou alternado. Nesse caso, é proposto que durante porções de polarização catódica nula do potencial de eletrogalvanização (ou durante porções de polarização catódica inferiores, ou durante porções de polarização anódica), a concentração de íons de metal perto da superfície do cátodo pode aumentar, conduzindo a um estouro rápido da deposição de metal durante as porções de polarização catódica elevadas intermediárias, o que aumenta a eficiência da incorporação de partículas duras na camada depositada. No entanto, a incorporação de partículas duras e o uso de um potencial de deposição pulsado ou alternado impedem a formação de uma estrutura de grão colunar, de modo que a matriz de estanho é uma camada de estanho fosca ao invés de uma camada de estanho brilhante mais robusta.

[0011] Embora tenham desse modo sido feitas tentativas para melhorar o desempenho dos envoltórios de estanho para componente deslizantes, ainda existe uma demanda significativa quanto ao desempenho melhorado do envoltório.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0012] A invenção provê um componente deslizante e um método de formação de um envoltório de um componente deslizante tal como definido nas reivindicações independentes em anexo, às quais agora deve ser feita referência. As características preferidas ou vantajosas da invenção são apresentadas em sub-reivindicações dependentes.

[0013] Em um primeiro aspecto, a invenção pode desse modo pro- ver um componente deslizante no qual um envoltório compreende partículas intermetálicas em uma matriz eletrogalvanizada que compreende Sn. As partículas intermetálicas compreendem de preferência um alumineto, e particularmente de preferência um alumineto de níquel tal como NÍ3AI.

[0014] Na técnica anterior, foram feitas tentativas para aumentar a dureza de estanho eletrogalvanizado mediante a incorporação de partículas duras. Tal como descrito acima, isto inclui a incorporação de carbonetos, nitretos e óxidos, ou seja, TiCN, SiC, NBC, SbN4, Al203, TiN ou B4C. Esses materiais de cerâmica são de dureza elevada. A dureza do B4C, por exemplo, é maior do que 18 GPa. No entanto, a incorporação dessas partículas não tem sido suficientemente eficaz até a presente data. A fim de melhorar o desempenho de tais camadas, o elemento versado na técnica pode considerar a incorporação de partículas mais duras (para realçar a resistência do envoltório ao desgaste), mas os autores da invenção no presente caso descobriram surpreendentemente que uma abordagem mais bem sucedida consiste na incorporação de partículas mais moles, com uma dureza na faixa de 3 a 15 GPa. Isto é um tanto contra intuitivo, mas as experiências dos autores da invenção constataram que uma maior resistência ao desgaste foi obtida mediante a incorporação de partículas intermetálicas, ao invés das partículas de cerâmica usadas na técnica anterior, e em particular a incorporação de aluminetos, ou de preferência alumi-netos de níquel, ou particularmente de preferência o Ni3AI.

[0015] No envoltório componente deslizante, o Sn eletrogalvanizado tem de preferência uma estrutura de grão colunar, com os grãos colunares vantajosamente perpendiculares ao substrato do envoltório e a uma superfície do mancai do envoltório.

[0016] Em tal camada de estanho brilhante, uma relação de aspecto dos grãos, avaliada como uma razão entre o tamanho de grão médio perpendicular à superfície do envoltório e um tamanho de grão médio paralelo a uma superfície do envoltório, é maior do que 1, de preferência maior do que 3, e particularmente de preferência maior do que 5. A relação de aspecto pode ser mais elevada, e tanto quanto de maior do que 10 ou 20, ou na faixa de 20 a 30. Uma camada de estanho brilhante pode ter uma micro dureza entre 12 e 22 MHK1 (micro dureza Knop). É preferível manter a estrutura colunar do estanho brilhante, para obter uma camada que tem uma resistência à fadiga vantajosamente elevada.

[0017] O envoltório, portanto, é de preferência de estanho eletro-galvanizado brilhante.

[0018] Tal como descrito acima, na técnica anterior foi verificado que uma camada de estanho brilhante é mais resistente ao desgaste do que uma camada de estanho fosca não brilhante), e foi verificado que a incorporação de partículas duras em camadas de estanho e outros materiais pode aumentar a dureza e a resistência ao desgaste dessas camadas, mas que as tentativas de codepositar o estanho e partículas duras, por exemplo, mediante a aplicação de potenciais de eletrodeposição pulsados, interromperam o crescimento da estrutura colunar requerida para uma camada de estanho brilhante. Por outro lado, nas incorporações da presente invenção, os autores da invenção descobriram surpreendentemente que quando são usadas as partículas intermetálicas ao invés das partículas de cerâmica, a estrutura colunar da camada de estanho eletrogalvanizada não é rompida quando as partículas são incorporadas.

[0019] Sem limitar o âmbito da invenção, os autores da invenção acreditam que a razão para a incorporação das partículas sem afetar a deposição de estanho brilhante é que o potencial zeta das partículas na solução de eletrogalvanização é mais baixo (menos negativo) do que para as partículas de cerâmica usadas convencionalmente na téc- nica anterior. Por exemplo, o potencial zeta para as partículas de NÍ3AI em uma solução de eletrogalvanização de estanho à base de ácido sulfúrico é menor do que -50 mV.

[0020] Isto pode prover uma maneira eficaz de identificar materiais intermetálicos que são apropriados para a incorporação em estanho e ligas de estanho eletrogalvanizado. Um baixo potencial zeta, entre 0 e +/-5 mV é associado com a coagulação rápida das partículas em um líquido. Um potencial zeta muito mais elevado, de mais de +/-60 mV, é associado com as partículas que são muito estáveis, como partículas individuais, dentro de um líquido e que são resistentes à coagulação ou à floculação. Em soluções de eletrogalvanização típicas para o estanho e ligas de estanho, as partículas duras convencionais tais como cerâmicas de carboneto e de nitreto usadas na técnica anterior têm elevados potenciais zeta da ordem de +/-50 mV ou mais. Os materiais intermetálicos propostos na presente invenção têm potenciais zeta significativamente mais baixos em tais soluções de eletrogalvanização, na faixa de +-10 a +/- 50 mV, e os autores da invenção descobriram que essas partículas são incorporadas de maneira muito mais eficaz nos envoltórios eletrogalvanizados.

[0021] Consequentemente, nas modalidades da invenção, as partículas para a incorporação em envoltórios de estanho ou ligas de estanho eletrogalvanizado devem ter vantajosamente potenciais zeta na solução de eletrogalvanização maiores do que +-10 ou +/-20 mv, e/ou menores do que +-30, +-40, ou +/- 50mV.

[0022] Nas modalidades da invenção, ligas à base de estanho (ligas que contêm mais de 50% em peso de estanho) podem ser usadas para a matriz do envoltório, mas é preferível que a matriz seja de estanho puro, além das impurezas incidentais que derivam do processo de eletrogalvanização. Se uma liga de estanho tiver que ser usada, as opções incluem estanho-cobre, estanho-prata, estanho-ouro, estanho- antimônio, estanho-cobalto, estanho-níquel, estanho-bismuto, estanho-índio, estanho-ferro, estanho-zinco e estanho-manganês ou as combinações destes. Em particular, é preferível que a matriz eletrogalvani-zada seja livre de Pb.

[0023] Pode ser preferível usar um envoltório que compreende um único metal, isto é, o estanho, a fim de evitar os problemas que podem derivar da difusão dos elementos dentro da estrutura do mancai durante a operação de alta temperatura de um mancai. O uso de um único metal pode impedir mudanças nas propriedades do envoltório que podem surgir, por exemplo, um dos componentes de um envoltório de liga se difunde do envoltório para a camada de forração durante a operação a alta temperatura de longa duração.

[0024] De preferência, o envoltório tem uma espessura de mais de 5, ou 7 ou 10 micrômetros, e/ou de menos de 15, ou 20 ou 25 micrô-metros, e as partículas intermetálicas podem ter um tamanho médio de mais de 0,5, ou 1 ou 2 ou 3 micrômetros, e/ou de menos de 4, ou 5, ou 6, ou 8, ou 10 ou 12 micrômetros. As partículas intermetálicas podem ser de qualquer formato, mas têm de preferência uma relação de aspecto (entre suas as dimensões mais longas e mais curtas) de menos de 4, ou menos de 2, e são de preferência equiaxiadas (relação de aspecto mais ou menos igual a 1). Por exemplo, as partículas intermetálicas podem ser partículas atomizadas, ou podem ser preparadas através de trituração ou moagem.

[0025] Os autores da invenção descobriam que as partículas intermetálicas esféricas, por exemplo, preparadas por meio de atomiza-ção, são particularmente preferidas porque se acredita que elas podem ser mais eficazes do que outras formatos de partículas na introdução de menos tensão na matriz de estanho durante o uso, e evitam a introdução de pontos de iniciação para a rachadura por fadiga da matriz de estanho.

[0026] Em uma modalidade preferida, as partículas intermetálicas formam mais de 0,1 ou 0,25 ou 0,5% em peso e/ou de menos de 0,75 ou 1,0 ou 2,5% em peso do envoltório.

[0027] Em um aspecto adicional, a invenção pode prover um método para a formação de um envoltório de um componente deslizante, em que o envoltório compreende partículas intermetálicas em uma matriz eletrogalvanizada que compreende Sn, e o método que compreende as etapas de misturação das partículas de um composto intermetá-lico com uma solução de eletrogalvanização para a eletrodeposição de Sn ou de uma liga de Sn e a codeposição do composto intermetálico e de Sn ou da liga de Sn sobre um substrato.

[0028] As partículas intermetálicas compreendem de preferência um alumineto, ou um alumineto de níquel, ou o NÍ3AI. A deposição das partículas intermetálicas de preferência não interrompe a deposição de Sn ou liga de Sn eletrogalvanizado, uma vez que a estrutura da matriz de estanho ou da liga de estanho é a mesma que aquela as partículas intermetálicas não estivessem presentes na solução de eletrogalvanização, sob as mesmas condições de eletrogalvanização.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES ESPECÍFICAS DA INVENÇÃO

[0029] As modalidades específicas da invenção serão descritas agora, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: [0030] a Figura 1 é uma vista de três quartos de uma bronzina de mancai semicilíndrica, incorporando um envoltório que engloba a invenção;

[0031] a Figura 2 é uma seção transversal metalúrgica de um mancai que incorpora um envoltório que compreende partículas intermetálicas em uma matriz de estanho eletrogalvanizado;

[0032] a Figura 3 é uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (SEM) de uma superfície do envoltório da Figura 2;

[0033] a Figura 4 é uma imagem de SEM de contraste elevado de uma seção transversal do envoltório eletrodepositado de estanho que contém partículas de NÍ3AI, mostrando que a estrutura de grão do estanho eletrodepositado não é afetada nem rompida pela incorporação das partículas; e [0034] a Figura 5 é um gráfico que mostra a perda de volume de material (desgaste) nos testes de dois envoltórios diferentes, incluindo um envoltório que engloba a invenção.

[0035] a Figura 1 mostra um meio mancai, ou uma bronzina de mancai semicilíndrica 2 para um conjunto de mancai principal de um motor de combustão interna, para reter um munhão cilíndrico de um eixo de manivela. Esse meio mancai compreende a bronzina semicilíndrica do mancai. A bronzina do mancai tem uma construção em camadas que incorpora um revestimento protetor de aço 4. O revestimento protetor é revestido com ou ligado a uma camada de forração 6 que compreende uma camada 8 de bronze de cobre-estanho e uma barreira de difusão de níquel, ou camada intermediária, 10. Um envoltório 12 é formado por meio de eletrogalvanização na camada intermediária.

[0036] O envoltório compreende partículas de NÍ3AI em uma matriz de estanho, formadas através de eletrogalvanização na camada intermediária. A camada intermediária é arranjada como um cátodo em um banho que contém um eletrólito de eletrogalvanização e um ânodo, e uma polarização catódica (isto é, uma polarização negativa) é aplicada ao cátodo em relação ao ânodo. A polarização catódica impele os íons metálicos carregados positivamente, tais como o estanho, para o cátodo, e deposita os íons metálicos na superfície do cátodo de maneira conhecida. O ânodo é formado de preferência de um material que corresponde à camada metálica que deve ser depositada. Por exemplo, quando é depositada uma camada de estanho puro (além das impure- zas incidentais), é preferível usar um ânodo de estanho puro. Em outras modalidades, a matriz do envoltório pode ser de uma liga de estanho, em cujo caso o ânodo pode ser de uma composição de liga apropriada.

[0037] O eletrólito também pode compreender aditivos realçadores do desempenho, tais como agentes provedores de brilho e agentes supressores de espuma. A camada de estanho ou liga de estanho depositado pode, portanto, conter impurezas incidentais, tal como deve ser apreciado por um elemento versado na técnica. A composição química e o pH do eletrólito são mantidos durante a deposição pela recarga dos produtos químicos consumidos do eletrólito. O eletrólito pode ser mantido a uma temperatura de 20 a 30*0. Va ntajosamente, as condições de eletrogalvanização podem seguir a prática convencional.

[0038] As partículas de NÍ3AI são misturadas com o eletrólito antes ou durante o processo de eletrogalvanização. Mais partículas podem ser adicionadas durante a eletrogalvanização se for requerido para substituir as partículas que foram incorporadas no envoltório. As partículas são de preferência formadas através de atomização, são geralmente de formato esférico, e têm um diâmetro entre 1 e 4 micrôme-tros. Em modalidades preferidas, as partículas podem ter entre 1 e 10 micrômetros de diâmetro, ou de preferência entre 2 e 5 micrômetros de diâmetro, e particularmente de preferência entre 2 e 3 micrômetros de diâmetro. Partículas fora dessas faixas podem estar presentes, mas partículas maiores do que a espessura do envoltório desejada devem ser evitadas, uma vez que elas podem se projetar de maneira inaceitável do envoltório, e partículas muito menores do que 1 micrômetro podem ser difíceis de manipular em um processo industrial. Por exemplo, partículas pequenas podem ser pirofóricas.

[0039] As partículas de NÍ3AI não reagem com o eletrólito, e são mantidas suspensas em, ou misturadas integralmente, no eletrólito a fim de assegurar que sejam incorporadas no envoltório enquanto ele é formado. Para fazer isto, o eletrólito deve ser misturado ou agitado. A misturação ou a agitação magnética devem ser evitadas, uma vez que o níquel nas partículas intermetálicas é magnético.

[0040] Um primeiro eletrólito exemplificador é um eletrólito de ácido estanho metano sulfônico (MSA) livre de chumbo (íons de estanho em ácido metano sulfônico) que compreende uma solução de: • de 30 a 60 g/l de estanho, embora concentrações de 15 a 80 g/l possam ser usadas; • de 100 a 200 g/l de ácido metano sulfônico; • de 3 a 6 ml/l de agente provedor de brilho (35 a 50% em peso de 2-isopropóxi etanol, e 5 a 10% em peso de 4-15 fenilbut-3-en-2-ona); • de 40 a 80 ml/l de agente de partida (20 a 25% em peso de éter 2-naptolpoliglicílico, 1 a 2,5% em peso de 1,2-diidróxi benzeno, e de 1 a 2,5% em peso de ácido metacrílico); • 1 g/l de partículas de NÍ3AI; e • o restante até 1 I de água deionizada.

[0041] Um segundo eletrólito exemplificador é um eletrólito de ácido estanho sulfúrico livre de chumbo (íons de estanho em ácido sulfú-rico) que compreende uma solução de: • de 10 a 50 g/l de estanho; • de 170 a 190 g/l de ácido sulfúrico; • de 2 a 6 ml/l de agente provedor de brilho; • de 10 a 30 g/l de composição; • de 2 a 6 ml/l de agente de partida; • 1 g/l de partículas de NÍ3AI; e • o restante até 1 I de água deionizada.

[0042] O envoltório é depositado vantajosamente pela galvaniza- ção de corrente contínua (CC), tal como em um processo de galvanização convencional. A eletrogalvanização é realizada no modo galva-noestático a uma densidade de corrente do cátodo entre 1,5 e 2,0 Adm'2; a voltagem da eletrogalvanização, portanto, é ditada pela densidade de corrente e pela resistividade do eletrólito. As partículas in-termetálicas são codepositadas com os íons metálicos, que formam uma matriz metálica em que as partículas são distribuídas. As partículas podem ser suspensas no eletrólito com uma concentração de cerca de 2 g/l e de preferência de 1 a 20 g/l. A misturação ou agitação ou ultrassônica e/ou mecânica são usadas para manter as partículas em suspensão durante a deposição.

[0043] As Figuras 2, 3 e 4 são imagens do envoltório depositado tal como descrito acima.

[0044] a Figura 2 é uma imagem de microscopia luminosa de uma seção transversal através do meio mancai da Figura 1, mostrando o envoltório 12, a camada de forração 6 e o revestimento protetor 4. A seção mostra as partículas intermetálicas 14 (indicadas por setas no desenho) incorporadas na matriz de estanho do envoltório. A análise de absorção atômica mostra que o envoltório contém 0,2% em peso de NÍ3AI.

[0045] A Figura 3 é uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (SEM) da superfície do mancai do envoltório, após a eletrogalvanização. As partículas intermetálicas 14 incorporadas em e imediatamente abaixo da superfície do envoltório podem ser vistas. Esta imagem não mostra as partículas intermetálicas que são totalmente incorporadas mais no fundo abaixo da superfície do envoltório.

[0046] A Figura 4 é uma imagem de SEM de contraste elevado de uma seção através do envoltório 12, em uma ampliação maior do que a seção na Figura 2. Esta seção mostra que a espessura do envoltório é de cerca de 12 micrômetros, e mostra a posição dentro da espessu- ra do envoltório de uma partícula intermetálica esférica 14 com um diâmetro de cerca de 4 micrômetros. A estrutura de grão colunar da matriz de estanho do envoltório também pode ser vista a partir da textura vertical da superfície com a imagem formada, através da espessura do envoltório e, mais importante ainda, pode ser visto que a estrutura de grão colunar não é rompida pela partícula intermetálica incorporada. A estrutura de grão colunar pode ser vista na região de eletrogalvaniza-ção de estanho imediatamente acima da partícula incorporada e em um ou outro lado da partícula incorporada, exatamente da mesma maneira que na região entre a partícula e a camada de forração (ou substrato) abaixo da partícula. Isso é muito diferente da experiência do elemento versado na técnica de procurar incorporar partículas de cerâmica duras no estanho eletrogalvanizado, onde as partículas foram rompidas e impediram a formação de uma estrutura de grão colunar.

[0047] Vantajosamente, portanto, o envoltório ilustrado nas Figuras 2, 3 e 4 é uma camada de estanho brilhante.

[0048] No envoltório, os grãos colunares têm uma relação de aspecto definida pelo comprimento dos grãos na direção perpendicular à superfície do substrato (isto é, na direção de crescimento durante a eletrogalvanização) em relação à largura dos grãos na direção paralela à superfície do substrato. Tal como mostrado na Figura 4, a estrutura de grão da camada eletrodepositada é colunar (com grãos parecidos com colunas que se estendem se afastando do substrato) e os grãos têm uma relação de aspecto de cerca de 10:1. Vantajosamente, os grãos que têm relações de aspecto mais elevadas (por exemplo, grãos colunares) têm uma resistência mais elevada, e capacidade de carregar uma carga maior, por meio de comparação com os grãos equiaxi-ados da eletrogalvanização de estanho fosco.

[0049] O desempenho melhorado das modalidades da invenção foi demonstrado pelo teste de desgaste acelerado, tal como ilustrado na Figura 5. Esses testes foram realizados ao usar um equipamento de teste em que um único meio mancai é arranjado virado para cima, e um munhão de teste excêntrico girante eletricamente impelido é carregado para baixo no meio mancai. O munhão excêntrico-montado é deslocado de seu eixo de rotação por cerca de 1,8 mm, para atingir 3,64 mm TIR (leitura total do indicador) e é nominalmente 6,7 mm menor do que o furo do mancai de teste, para gerar um afastamento grande de modo que a excentricidade do eixo seja acomodada dentro do meio mancai. O mancai é lubrificado por uma barra de aspersão localizada acima do lado principal do afastamento do mancai. Esse teste de desgaste provê um conjunto de condições que podem ser repetidas para comparar envoltórios diferentes e, para assegurar uma robustez estatística, pelo menos seis de cada tipo de mancai são testados.

[0050] Dois tipos de mancais foram testados sob as mesmas condições, denominadas como mancais A e B na Figura 5. O tipo A era um mancai que tem um envoltório eletrogalvanizado de estanho brilhante. O tipo B era um mancai que compreende um envoltório que engloba a invenção, tal como descrito acima, que tem um envoltório eletrogalvani-zado de estanho brilhante que é o mesmo que aquele do tipo A, exceto pelo fato que ele continha 0,2% em peso de partículas de NÍ3AI. Sob as mesmas condições do teste de desgaste, o mancai do tipo A perdeu 2,2 mm3, e o mancai do tipo B perdeu somente 1,9 mm3. O mancai que engloba a invenção, portanto, exibiu uma resistência ao desgaste significativamente maior do que o mancai de referência.

[0051] Embora seja descrita no presente documento e ilustrada nos desenhos com relação a uma bronzina de meio mancai, a presente invenção pode igualmente se aplicar a outros componentes de motores deslizantes, incluindo arruelas de pressão semianulares, anulares ou circulares, e buchas, e motores que compreendem tais componentes de motores deslizantes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (29)

1. Componente deslizante, caracterizado pelo fato de que um envoltório compreende partículas intermetálicas em uma matriz eletrogalvanizada que compreende Sn.

2. Componente deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas compreendem um alumineto.

3. Componente deslizante de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas compreendem um alumineto de níquel.

4. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas compreenderem Ni3AI.

5. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o Sn eletrogalvanizado tem uma estrutura de grão colunar.

6. Componente deslizante de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os grãos colunares são perpendiculares a uma superfície do envoltório.

7. Componente deslizante de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma relação de aspecto dos grãos, avaliada como uma razão entre um tamanho de grão médio perpendicular a uma superfície do envoltório e um tamanho de grão médio paralelo a uma superfície do envoltório, é maior do que 1, de preferência de mais de 3, e particularmente de preferência de mais de 5.

8. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o Sn eletrogalvanizado é Sn eletrogalvanizado brilhante.

9. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas não rompem a estrutura de grão colunar do Sn eletro-galvanizado.

10. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a matriz eletrogalvanizada consiste em Sn, além das impurezas incidentais.

11. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a matriz eletrogalvanizada é livre de Pb.

12. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o envoltório tem uma espessura entre 10 e 20 micrômetros.

13. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas têm um tamanho médio entre 1 e 10 micrômetros.

14. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas têm uma relação de aspecto menor do que 2, e são de preferência equiaxiadas.

15. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas têm um potencial zeta de menor do que -50 mV em uma solução usada para a eletrogalvanização da matriz.

16. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas são partículas atomizadas.

17. Componente deslizante de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas formam entre 0,1 e 1,0% em peso do envoltório.

18. Método para a formação de um envoltório de um com- ponente deslizante, em que o envoltório que compreende partículas intermetálicas em uma matriz eletrogalvanizada que compreende Sn, em que o método é caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: misturação das partículas de um composto intermetálico com uma solução de eletrogalvanização para a eletrodeposição de Sn ou de uma liga de Sn; e a codeposição do composto intermetálico e de Sn ou da liga de Sn sobre um substrato.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas compreendem um alumineto.

20. Método de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas compreendem um alumineto de níquel.

21. Método de acordo com a reivindicação 18,19 ou 20, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas compreendem NÍ3AI.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo fato de que a deposição das partículas intermetálicas não rompe a deposição de Sn ou da liga de Sn ele-trogalvanizado.

23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizado pelo fato de que a matriz eletrogalvanizada consiste em Sn, além das impurezas incidentais.

24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 23, caracterizado pelo fato de que a matriz eletrogalvanizada é livre de Pb.

25. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 24, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetáli- cas têm um tamanho médio entre 1 e 5 micrômetros.

26. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 25, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetáli-cas têm uma relação de aspecto menor do que 2, e são de preferência equiaxiadas.

27. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 26, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de produzir as partículas intermetálicas por meio de atomização.

28. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 27, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas têm um potencial zeta menor do que -50 mV na solução de eletro-galvanização.

29. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 28, caracterizado pelo fato de que as partículas intermetálicas formam entre 0,1 e 1,0% em peso do envoltório.