BR112013009530B1

BR112013009530B1 - Mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor

Info

Publication number: BR112013009530B1
Application number: BR112013009530-0A
Authority: BR
Inventors: Yoshinari Ishii; Tsuneo Maruyama; Yoshiko Tamura
Original assignee: Diamet Corporation
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2019-04-24
Also published as: US8999232B2; EP2639322A4; EP2639322A1; JP5492308B2; BR112013009530A2; MY161282A; WO2012063785A1; JPWO2012063785A1; CN103201398A; KR101849809B1; EP2639322B1; CN103201398B; US20130189150A1; KR20140001876A

Abstract

mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor. a presente invenção refere-se a um mancal para bombas de injeção de combustível movidas a motor, feito de liga sintetizada baseada em cu-ni, que é capaz de ser obtida em baixo custo, tendo excelentes resistências à corrosão e à abrasão. o mancal contem de 10 a 20% em massa de ni, 5 a 13% em massa de sn, 0,1 1 0,8% em massa de p, 1 a 6% em massa de c, e o restante contendo cu e impurezas inevitáveis, e é formado com uma fase de ni-sn-cu-p contendo pelo menos 30% em massa de sn em um contorno de grão, e tem de 8 a 18% de porosidade. a fase de ni-sn-cu-p contém de 30 a 49% em massa de ni, 10 a 30% em massa de cu, 0,5 a 1,5% em massa de p, e o restante contendo sn e impurezas inevitáveis.

Description

CAL SINTERIZADO PARA BOMBAS DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MOVIDAS A MOTOR.

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a um mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor, feitas de uma liga sinterizada baseada em cobre.

TÉCNICA ANTECEDENTE [002] Até hoje, motores que empregam combustível líquido têm sido equipados com uma bomba de injeção de combustível movida a motor para permitir que o líquido seja injetado na câmara de combustão do motor por meio desta bomba de injeção de combustível movida a motor.

[003] Como uma bomba de injeção de combustível movida a motor empregada para um motor a gasolina, é conhecida uma estruturada conforme mostrada, por exemplo, na Figura 5. Na bomba mostrada na Figura 5, um eixo de rotação é suportado por mancais fixados em ambas as extremidades do motor. Um rotor é fixado em uma extremidade do eixo de rotação e uma passagem para o fluxo de gasolina é formado sobre superfícies circunferenciais externas do rotor e motor. Então, a gasolina é reforçada por uma operação giratória do rotor a ser injetado em uma câmara de combustão, não mostrada, do motor.

[004] Enquanto motores à gasolina estão sendo empregados em vários lugares do mundo, a gasolina de baixa qualidade contendo ácido orgânico está sendo empregada como combustível para os motores de gasolina em algumas regiões. No caso de ser usada gasolina de baixa qualidade contendo ácido orgânico, há o problema de que o mancal para a bomba de injeção de combustível movida a motor se torne erodido pelo ácido orgânico.

[005] Para resolver tal problema, o documento de patente 1, por

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2/12 exemplo, descreve um mancal para uma bomba de injeção de combustível movida a motor, que é feita de liga sinterizada baseada em Cu-Ni.

DOCUMENTO DE TÉCNICA CONVENCIONAL [006] Documento de Patente 1: Publicação do Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2006-199977.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA A SER RESOLVIDO PELA INVENÇÃO [007] Um mancal descrito no Documento de Patente 1 inclui uma textura na qual uma camada de liga com alta concentração de Sn contendo 50% ou mais por massa de Sn é formada para assim aperfeiçoar sua resistência à corrosão. Até agora, contudo, há o problema deste mancal conter tanto quanto 21 a 35% em massa de Ni, que é dispendioso, e, logo, o mancal não pode ser fabricado em custo baixo.

[008] Portanto, um objetivo da presente invenção é proporcionar, ao eliminar o problema acima, um mancal para bombas de injeção de combustível movidas a motor, feito de liga sinterizada com base em Cu-Ni que é barata, e com excelente resistência à corrosão e à abrasão.

MEIOS PARA RESOLVER O PROBLEMA [009] Um mancal para bombas de injeção de combustível movidas a motor, de acordo com a presente invenção, contém de 10 a 20% em massa de Ni, 5 a 13% em massa de Sn, 0,1 a 0,8% em massa de P, 1 a 6% em massa de C, e o restante contendo Cu e impurezas inevitáveis, e é formado com uma fase de Ni-Sn-Cu-P contendo pelo menos 30% em massa de estanho em um contorno de grão e ainda tem porosidade de 8 a 18%.

[0010] Além disso, a fase de Ni-Sn-Cu-P contém de 30 a 49% em massa de Ni, 10 a 30% em massa de Cu, 0,5 a 1,5% em massa de P, e o restante contendo Sn e impurezas inevitáveis.

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EFEITOS DA INVENÇÃO [0011] De acordo com a presente invenção, o mancal para bombas de injeção de combustível movidas a motor contém de 10 a 20% em massa de Ni, 5 a 13% em massa de Sn, 0,1 a 0,8% em massa de P, 1 a 6% em massa de C, e o restante contendo Cu e impurezas inevitáveis, e é formado com a fase Ni-Sn-Cu-P contendo pelo menos 30% em massa de Sn em um contorno de grão, e tem porosidade de 8 a 18%. Assim, o mancal para bombas de injeção de combustível movidas a motor pode ser fabricado em baixo custo e pode exibir excelentes resistências à corrosão e à abrasão mesmo em gasolina de baixa qualidade contendo ácido orgânico.

[0012] Ainda, de acordo com a presente invenção, a fase de NiSn-Cu-P contém de 30 a 49% em massa de Ni, 10 a 30% em massa de Cu, 0,5 a 1,5% em massa de P, e o restante contendo Sn e impurezas inevitáveis. Assim, o mancal para bomba de injeção de combustível movida a motor se torna excelente em resistências à corrosão e à abrasão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0013] A Figura 1 é uma micrografia eletrônica de uma fase de liga de Ni-Sn-Cu-P em um exemplo de trabalho 7 da presente invenção. [0014] A Figura 2 é uma micrografia eletrônica de um mancal contendo 9% em massa de estanho, 0,4% em massa de P, 5% em massa de C e 16% em massa de Ni, e o restante como Cu.

[0015] A Figura 3 é uma micrografia eletrônica de um mancal que contém os mesmos teores que aqueles da Figura 2, exceto que Ni é

12,5 em massa.

[0016] A Figura 4 é uma micrografia eletrônica de um mancal que contém os mesmos teores que aqueles da Figura 2 exceto que Ni é 8,2% em massa.

[0017] A Figura 5 é uma vista transversal que ilustra a estrutura de

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4/12 uma bomba de injeção de combustível movida a motor para motor de gasolina.

MELHOR MODO DE EXECUTAR A INVENÇÃO [0018] Um mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor, de acordo com a invenção, contém, em porcentagem em massa, de 10 a 20 de Ni, 5 a 13 de Sn, 0,1 a 0,8 de P, 1 a 6 de C, e o restante sendo Cu e impurezas inevitáveis, em que uma fase de Ni-Sn-Cu-P que contém pelo menos 30% em massa de Sn é formada em um contorno de grão e a porosidade do mancal é de 8 a 18%. Assim, essa composição permite que o mancal para bombas de injeção de combustível movidas a motor seja fabricado a custo baixo e exiba excelentes resistências à corrosão e à abrasão mesmo em gasolina de baixa qualidade contendo ácido orgânico. Ainda, no caso em que a fase de Ni-Sn-Cu-P contém, em porcentagem em massa, de 3049 de Ni, 10 a 30 de Cu, 0,5 a 1,5 de P, e o restante contendo Sn e impurezas inevitáveis, o mancal de torna mais excelente em resistências à corrosão e à abrasão.

[0019] A seguir é fornecida uma descrição detalhada de uma composição, etc. do mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor, de acordo com a presente invenção. Observe que a unidades dos teores descritos abaixo estão todos especificados como % em massa.

(1) Ni: 10 a 20% em massa [0020] Ni, juntamente com Sn, Cu e P, forma uma fase de Ni-SnCu-P em um contorno de grão através de um processo de sinterização, conferindo, assim, excelente resistência à corrosão a um mancal. Se o teor de Ni for menor que 10%, a fase de contorno de grão não estará suficientemente formada, fazendo com que seja impossível se obter uma resistência à corrosão desejada. Por outro lado, mesmo que o teor de Ni exceda 20%, a resistência à corrosão fica menos eficazPetição 870180156440, de 29/11/2018, pág. 11/29

5/12 mente aperfeiçoada, levando a um aumento indesejável do custo da matéria-prima.

(2) P: 0,1 a 0,8% em massa [0021] P aperfeiçoa o desempenho de sinterização de compactos verdes para intensificar a resistência de um material de base. Se o teor de P é menor que 0,1%, a resistência de um material de base é menos eficazmente aperfeiçoada. Por outro lado, se excede 0,8%, uma alteração dimensional aumentada ocorre no tempo de um processo de sinterização, levando a uma redução da precisão dimensional.

(3) Sn: 5 a 13% em massa [0022] Sn, juntamente com Ni, Sn e P, forma uma fase de Ni-SnCu-P em um contorno de grão através de um processo de sinterização, conferindo excelente resistência à corrosão a um mancal. Se o teor de Sn é menor que 5%, a fase de contorno de grão não é suficientemente formada, tornando impossível a obtenção de resistência à corrosão desejada. Por outro lado, se o teor de Sn excede 13%, uma alteração dimensional aumentada ocorre no tempo de um processo de sinterização, levando a uma redução indesejável da precisão dimensional.

(4) C: 1 a 6% em massa.

[0023] C deriva de grafite. C existe como grafite livre dentro das bolsas de gás distribuídas dentro de um material de base e confere excelente propriedade lubrificante a um mancal e aperfeiçoa a resistência à abrasão nele. Se o teor de C for menor que 1%, não pode ser obtido um efeito desejado deste. Por outro lado, se ele excede 6%, a resistência à abrasão é menos eficazmente aperfeiçoada, levando a um decréscimo indesejável da resistência do mancal.

(5) Porosidade: 8 a 18% [0024] As bolsas de gás são distribuídas em no material de base, que serve para reduzir a fricção alta a qual um mancal é submetido

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6/12 durante fluxo de alta pressão e alta velocidade de combustível líquido, levando, assim, a um efeito de supressão da abrasão do mancal. Se a porosidade é menor que 8%, o efeito do mesmo é insuficiente, ao passo que se ele excede 18%, a resistência do mancal se reduz acentuadamente, levando a um resultado indesejável.

(6) Com relação à fase de Ni-Sn-Cu-P contendo pelo menos 30% em massa de Sn [0025] A fase de Ni-Sn-Cu-P contendo pelo menos 30% em massa de Sn formado em um contorno de grão de um material de base confere excelente resistência à corrosão em gasolina de baixa qualidade contendo ácido orgânico.

[0026] De modo a formar a fase de Ni-Sn-Cu-P contendo pelo menos 30% em massa de Sn em um contorno de grão, é necessário ajustar apropriadamente os teores de Ni e Sn e uma condição de temperatura de sinterização. Ao se empregar uma composição baseada em Cu-Ni-Sn-P na qual a composição de Ni é estabelecida em 10% ou mais em massa e o teor de Sn é estabelecido em 5% ou mais em massa com uma temperatura de sinterização ajustada em 840 a 940^oC, pode ser eficazmente formada em um contorno de grão, tal fase de Ni-Sn-Cu-P contendo pelo menos 30% em massa de Sn. A fase de Ni-Sn-Cu-P formada na condição acima contém, em % em massa, de 30 a 40 de Sn, 30 a 49 de Ni, 10 a 30 de Cu, e 0,5 a 1,5 de P.

[0027] A seguir é dada uma descrição das modalidades específicas do mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor de acordo com a presente invenção. Observe que a presente invenção não está limitada às seguintes modalidades e várias modificações são possíveis.

MODALIDADE 1 (1) Preparação dos mancais sinterizados para bombas de injeção de combustível movidas a motor

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7/12 [0028] Como pós brutos, foram preparados pó de Cu-30% de Ni, pó de Cu-25% de Ni, pó de Cu-15% de Ni, pó de Cu-8% de Cu, pó de Sn, pó de grafite, e pó de Cu, qualquer um destes pós tendo um tamanho de partícula de 10 mesh. Esses pós brutos foram formulados para ter as composições mostradas na Tabela 1, e então 0,5% em massa de ácido esteárico foi adicionado aí e misturados em um misturadr tipo V, por 20 minutos e então os compósitos foram submetidos à moldagem por pressão, em uma dada pressão, e, assim, compactos verdes foram produzidos. Então, os compactos verdes assim produzidos foram sinterizados em uma temperatura predeterminada dentro de 840 a 940^oC em uma atmosfera de gás endotérmico obtido misturando-se um gás natural e ar e então decomposição e modificação das misturas por passagem das mesmas através de um catalisador aquecido, e depois disso submetendo-se as mesmas a uma etapa de dimensionamento. Por aplicação do processo acima, foram preparados os mancais da presente invenção (daqui por diante chamado de exemplos de trabalho da presente invenção) que tinham 10 mm de diâmetro interno, 5 mm de diâmetro interno e 5 mm de altura e tinham as composições mostradas na Tabela 1, enquanto foi preparado um mancal para preparação (daqui por diante referido como exemplo comparativo) contendo menos que 10% em massa de Ni.

[0029] Os exemplos de trabalho da presente invenção assim obtidos incluíram bolsas de gás distribuídas em taxas de 8 a 18% e grafite livre também distribuída nele. Depois de analisar as estruturas transversais dos exemplos de trabalho da presente invenção e o exemplo comparativo, usando um microanalisador de sonda eletrônica (EPMA) (aplicação de potência de ampliação de 1.000), foi verificado que os exemplos de trabalho da presente invenção foram formados com uma fase de Ni-Sn-Cu-P rica em Sn contendo pelo menos 30% em massa de Sn em seus contornos de grão, enquanto no exemplo comparativo

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8/12 não foi formado com fase rica em Sn contendo pelo menos 30% em massa de Sn em seu contorno de grão.

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TABELA 1

Mancais	Composição dos Elementos (% em massa)	Presença de fase de liga baseada em NiSn-Cu-P-	Porosidade	Profundidade de Abrasão Máxima	Alteração de Massa devido ao Teste de Resistência à Corrosão
Ni	Sn	P	C	Cu	%	(pm)	(%)
Exemplos de Trabalho da Presente Invenção	1	10,3	5,7	0,3	1,2	restante	Sim	12,6	4,8	-0,37
2	11,5	6,6	0,3	2,0	restante	Sim	10,3	3,1	-0,27
3	12,5	7,6	0,3	2,5	restante	Sim	15,2	3,5	-0,15
4	13,4	8,5	0,4	3,0	restante	Sim	12,6	2,6	-0,23
5	14,5	9,1	0,4	3,5	restante	Sim	17,6	2,5	-0,36
6	15,5	9,7	0,4	4,0	restante	Sim	14,8	1,8	-0,12
7	16,6	10,3	0,4	4,5	restante	Sim	14,3	1,2	-0,08
8	17,5	11,1	0,4	5,0	restante	Sim	13,5	0,8	-0,11
9	18,5	11,9	0,5	5,5	restante	Sim	8,7	1,0	-0,07
10	19,7	12,8	0,5	5,8	restante	Sim	11,2	0,9	-0,11
Exemplo Comparativo 1	7	4	0	0,7	restante	Não	15,4	21,0	-2,46

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10/12 (2) Teste de resistência à abrasão [0030] Um teste de resistência à abrasão foi realizado sob condições tais que a gasolina foi deixada fluir através de um espaço estreito em vazões altas nos exemplos de trabalho acima da presente invenção e o exemplo comparativo, e assim os mancais foram submetidos a uma pressão alta devido à rotação em alta velocidade de um motor enquanto estava sendo exposto à gasolina em alta vazão.

[0031] Os mancais foram, cada um, incorporados a uma bomba de combustível tendo um tamanho total de 110 mm de comprimento, 40 mm de diâmetro e a bomba de combustível foi colocada dentro de um tanque de gasolina. Então, um teste usando um dispositivo real foi realizado sob tais condições da revolução do rotor: 5.000 a 15.000 rpm; vazão de gasolina: 50 a 250 L/h; pressão aplicada aos mancais pela revolução em alta velocidade do rotor: até 500 kPa; e tempo de teste: 500 h. Profundidades de abrasão máximas foram medidas nas superfícies dos mancais depois do teste. O resultado é mostrado na Tabela

1.

[0032] A profundidade de abrasão máxima dos exemplos de trabalho da presente invenção foi de 4,8 pm ou menos, provando que suas resistências à abrasão eram altas.

[0033] Contrariamente, a profundidade de abrasão máxima do exemplo comparativo era de 21,0 pm, provando que sua resistência à abrasão era significantemente baixa em comparação com os exemplos de trabalho da presente invenção.

(3) Teste de resistência à corrosão [0034] Os testes de resistência à corrosão dos exemplos de trabalho da presente invenção e do exemplo comparativo foram realizados. [0035] Uma solução de teste de ácido orgânico foi preparada por adição de ácido carboxílico expresso por RCOOH (R representa átomo de hidrogênio ou grupo hidrocarboneto) à gasolina, estimulando uma

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11/12 gasolina quase baixa. Depois de aquecer a solução de teste de ácido orgânico para 60^oC, os exemplos de trabalho da presente invenção e exemplo comparativo foram imersos na solução de teste de ácido orgânico a ser mantida, nesta, por 200 h. Então, as alterações de massa antes e depois da imersão dos mancais na solução de teste de ácido orgânico foram medidas. O resultado é mostrado na Tabela 1.

[0036] As taxas de alteração de massa dos exemplos de trabalho da presente invenção foram de 0,37% ou menos, provando que sua resistência à corrosão era alta.

[0037] Contrariamente, as taxas de alteração de massa do exemplo comparativo eram de 2,46%, provando que sua resistência à corrosão era significantemente baixa.

(4) Análise usando-se um microanalisador de sonda eletrônica [0038] Com relação à liga do exemplo de trabalho 7 da presente invenção, seus Cu, Ni, Sn e P na fase de liga de Ni-Sn-Cu-P foram analisados usando-se um microanalisador de sonda eletrônica (EPMA). As condições de análise foram tais que a voltagem de aceleração era de 15 kV e um diâmetro de feixe φ foi estabelecido em 1 pm, e, então, uma porção central da fase de liga de Ni-Sn-Cu-P, como um exemplo, foi analisada conforme mostrado na micrografia eletrônica (uma imagem COMPO) na Figura 1. Cinco porções diferentes na fase de liga de Ni-Sn-Cu-P foram medidas para calcular a média dos valores medidos. O resultado é mostrado na Tabela 2.

[0039] Foi verificado que uma fase de liga de Ni-Sn-Cu-P tendo uma concentração de Sn de 30% ou mais estava presente na liga do exemplo de trabalho 7 da presente invenção.

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TABELA 2

	Valor Analítico (% em massa)
Sn	Cu	P	Ni
Fase de Liga de Ni-Sn-CuP no Exemplo de Trabalho 7 da Presente Invenção	36,276	22,756	1,078	restan- te

MODALIDADE 2 [0040] Pelo mesmo método que o da modalidade 1, três tipos de mancal tendo composições diferentes foram preparados. Então, a distribuição de Sn, Ni, P e Cu sobre uma superfície transversal de cada mancal foi analisada usando-se um microanalisador de sonda eletrônica (EPMA). A condição de análise foi estabelecida em 15 kV para a voltagem de aceleração. O resultado é mostrado na Figura 2 à Figura

4. Observe que a “SEI” mostrada nas figuras representa uma imagem eletrônica secundária e “COMPO” representa uma imagem de composição eletrônica de reflexão.

[0041] A Figura 2 é uma micrografia eletrônica de uma amostra contendo 9% de Sn, 0,4% de P, 5% de C, 16% de Ni, e o restante de Cu. A Figura 3 é uma micrografia eletrônica de outra amostra contendo os mesmos teores de Sn, P e C, conforme aqueles na Figura 2, mas um teor de Ni de 12,5%. Foi claramente verificado da Figura 2 e da Figura 3 que existiram, nos materiais de base, estruturas metalográficas nas quais foi distribuída uma fase de liga de Ni-Sn-Cu-P tendo teores mais altos de Sn, Ni e P, porém um teor mais baixo de Cu que aqueles do material de base.

[0042] Por outro lado, a Figura 4 é uma micrografia eletrônica de outra amostra contendo os mesmos teores de Sn, P e C conforme aqueles na Figura 2, mas um teor de níquel de 8,2% (fora do escopo da presente invenção). Na Figura 4, a fase rica em Sn não foi detectada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor, incluindo:

10 a 20% em massa de Ni;

5 a 13% em massa de Sn;

0,1 a 0,8% em massa de P;

1 a 6% em massa de C; e um restante contendo Cu e impurezas inevitáveis, caracterizado pelo fato de que uma fase de Ni-Sn-Cu-P contendo pelo menos 30% em massa de Sn é formada em um contorno de grão, e o dito mancal tem uma porosidade de 8 a 18%.
2. Mancal sinterizado para bombas de injeção de combustível movidas a motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita fase de Ni-Sn-Cu-P contém de 30 a 49% em massa de Ni, 10 a 30% em massa de Cu, e 0,5 a 1,5% em massa de P, e um restante contendo Sn e impurezas inevitáveis.