BR112015025475B1 - Componente de metal com uma seção de superfície provida com um revestimento de esmalte e método para produzir o mesmo - Google Patents
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Abstract
pó de esmalte, componente com uma seção de superfície provida com um revestimento de esmalte e método para produzir um tal componente de metal. a presente invenção refere-se a um pó de esmalte para produzir um revestimento mecânico e termicamente altamente carregável e, ao mesmo tempo, bem processável, que se apresenta de acordo com a invenção como mistura, que contém 100 partes de um pó de vidro, opcionalmente 10 a 22 partes de grãos de vidro grossos, que são maiores do que as partículas do pó de vidro, 0,1 a 7,5 partes de fibras cerâmicas, fibras de vidro ou fibras de carbono, bem como alternativamente uns aos outros ou em combinação entre si 10 a 21 partes de um composto oxídico de um metal leve presente em forma de pó ou 1 a 5 partes de um pó de um metal pesado. um componente de metal, que é provido com um revestimento produzido do pó de esmalte de acordo com a invenção, resiste a uma afluência por gás quente. por conseguinte, o revestimento de acordo com a invenção é particularmente adequado para revestir peças para motores de combustão interna, expostas a uma corrente de gás de escape. a invenção cita, além disso, um método, com o qual tais componentes de metal podem ser providos com um revestimento de esmalte.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um pó de esmalte, a umcomponente de metal com uma seção de superfície, que é provida com um revestimento de esmalte e um método para produzir tais componentes de metal.
[002] Tal como explicado em detalhes no artigo "Moglichkeitenund Grenzen der Emaillierung von Leichtmetallen" do Dr. Eng. Wolfgang Kühn, apresentado em Oberflachen Polysurfaces no 2/09, páginas 6 a 9, além da possibilidade conhecida há séculos da esmaltação de componentes de aço e cobre desde a metade do último século, a esmaltação de componentes de metais leves, tais como alumínio, magnésio e titânio, se torna cada vez mais importante. Nesse contexto, do ponto de vista técnico, a proteção de superfícies de componentes contra o ataque corrosivo está em primeiro plano.
[003] Tal como citado ainda no artigo mencionado trata-se, nocaso de revestimentos de esmalte, de camadas de vidro, que foram ajustadas aos materiais de suporte previstos para os mesmos, principalmente com respeito à temperatura de fusão e aos coeficientes de dilatação térmica. Esses unem as propriedades de uma superfície de vidro com as propriedades do material e de processamento de metais. Ao contrário de outros revestimentos, no tratamento do respectivo revestimento de esmalte em estufa, um composto de vidro e metal se une, no qual entre o material de vidro e o substrato de metal se formam camadas intermediárias, as chamadas fases intermetálicas. Essas garantem uma aderência particularmente intensa do revestimento no metal. Para esse fim, os esmaltes modernos são, hoje em dia, misturas de várias substâncias, que obtêm uma dureza mecânica e resis tência química muito boa com o uso de seu eutético a baixas temperaturas de tratamento em estufa. Nesse caso, as peças esmaltadas podem ser processadas, por exemplo, através de flexão, serragem ou perfuração e adicionalmente essas podem ser providas de camadas de sol-gel nanoscáligas funcionais, por exemplo, para complementar a camada de esmalte dura, resistente ao risco em torno de um efeito antiaderente resistente à temperatura.
[004] Do documento DE 10 2010 025 286 A1 sabe-se, além disso, que as superfícies internas de canais de gás de escape de peças fundidas de metais leves, tais como, por exemplo, cabeçotes de cilindros para motores de combustão interna, podem ser protegidas com eficácia contra uma sobrecarga térmica, pelo fato de que as mesmas são cobertas pelo menos por etapas com um revestimento, que é formado de um material de vidro. No uso prático dessa proposta, um desafio prático particular resulta pelo fato, de que o revestimento, por um lado, deve resistir com segurança e, por outro lado, deve ser permitido um processamento mecânico das seções contíguas às seções das superfícies revestidas do respectivo componente sem o risco de uma descamação do revestimento.
[005] Em face do estado da técnica esclarecido acima, o objetivoda invenção consistiu em criar um material de revestimento, que permite produzir um revestimento sobre um componente de metal, em particular, sobre um componente de metal leve, que também pode suportar com segurança altas cargas mecânicas e térmicas e, nesse caso, também seja adequado para um processamento mecânico. Além disso, deveriam ser indicados um componente de metal, que é provido em pelo menos uma seção de superfície com um revestimento correspondentemente produzido e um método para produzir um tal componente de metal.
[006] Em relação ao material de revestimento, o objetivo mencio- nado acima é resolvido de acordo com a invenção por um pó de esmalte com os componentes indicados na reivindicação 1.
[007] Em relação ao componente de metal, a solução do objetivomencionado acima consiste em que um tal componente de metal apresenta as características indicadas na reivindicação 6.
[008] Em relação ao método, a solução do objetivo mencionadoacima consiste, finalmente, de acordo com a invenção, em que na produção de um componente de metal, que apresenta pelo menos uma seção de superfície provida com um revestimento de esmalte, sejam percorridas as etapas do método enumeradas na reivindicação 12.
[009] Concretizações vantajosas da invenção são indicadas nasreivindicações dependentes e são esclarecidas individualmente, a seguir, tal como a ideia geral da invenção.
[0010] Um pó de esmalte de acordo com a invenção se apresentacomo mistura, que contém 100 partes de um pó de vidro, opcionalmente 10 a 22 partes de grãos de vidro grossos, que são maiores do que as partículas do pó de vidro, 0,1 a 7,5 partes de fibras cerâmicas, fibras de vidro ou fibras de carbono, bem como alternativamente uns aos outros ou em combinação entre si, 10 a 21 partes de um composto oxídico presente em forma de pó de um metal leve ou 1 a 5 partes de um pó de um metal pesado.
[0011] Se aqui, tal como é comum no âmbito da técnica de esmalte, a questão são "partes" como medida de dosagem, então entende- se dentre essas, que a quantidade do respectivo componente acrescentada ao pó de esmalte é medida com o auxílio de uma medida de unidade igual para todos os componentes e que, de acordo com a invenção, as "partes" respectivamente previstas para os componentes individuais designam o respectivo múltiplo dessa medida de unidade. Os dados em "partes" aqui usados são, por conseguinte, dados quanti- tativos (isto é, não são dados volumétricos), que se referem a uma de-terminada unidade de peso, que pode ser selecionada livremente, tal como, por exemplo, g ou kg. A respectiva unidade de peso pode ser selecionada em função da quantidade de peso respectivamente necessária. Quando são necessárias apenas pequenas quantidades na faixa de menos de um quilograma do pó de esmalte de acordo com a invenção, seleciona-se o "grama" como unidade de referência. 100 g de um pó de vidro, opcionalmente 10 a 22 g de grãos de vidro grossos são, então, misturados, que são maiores do que as partículas do pó de vidro, 0,1 a 7,5 g de fibras cerâmicas, fibras de vidro ou fibras de carbono, bem como alternativamente uns aos outros ou em combinação entre si, 10 a 21 g de um composto oxídico presente em forma de pó de um metal leve ou 1 a 5 g de um pó de um metal pesado, para formar um esmalte de acordo com a invenção. Se, ao contrário, é necessária uma quantidade na ordem de grandeza de 500 kg, então a cada "parte" da receita do pó de esmalte de acordo com a invenção pode ser associada, por exemplo, a unidade quantitativa "5 kg". De acordo com a invenção, são misturados, então, 500 kg de um pó de vidro, opcionalmente 50 a 110 kg de grãos de vidro grossos, que são maiores do que as partículas do pó de vidro, 0,5 a 37,5 kg de fibras cerâmicas, fibras de vidro ou fibras de carbono, bem como alternativamente uns aos outros ou em combinação entre si, 50 a 105 kg de um composto oxídico presente em forma de pó de um metal leve ou 5 a 25 kg de um pó de um metal pesado, para formar um esmalte de acordo com a in-venção.
[0012] Os componentes individuais do pó de esmalte de acordocom a invenção assumem, nesse caso, os seguintes significados:a) Pó de vidro
[0013] O pó de vidro é a base do pó de esmalte de acordo com ainvenção e forma a matriz no revestimento de esmalte produzido na respectiva seção de superfície do componente de metal, obtida de acordo com a invenção, na qual os outros componentes do pó de esmalte são inseridos.
[0014] Como pó de vidro podem ser utilizadas as variedades devidro geralmente usadas para esse fim no estado da técnica. Nesse caso, para a invenção são adequados pós de vidro, que têm um coeficiente de dilatação menor do que o material de suporte, no qual está presente a seção de superfície, que deve ser respectivamente revestida com o revestimento de esmalte formado pelo pó de esmalte de acordo com a invenção. Para evitar um dano ou deformação do respectivo substrato de metal no decorrer do tratamento do revestimento de esmalte em estufa, o pó de vidro produzido desses vidros deveria fundir a uma temperatura, que é mais baixa do que a faixa de temperatura, na qual se situa a temperatura de fusão do respectivo material de suporte.
[0015] Temperaturas de fusão típicas consideradas do pó de vidrosituam-se, ao ser aplicado sobre seções de superfícies de componentes de metais leves, na faixa de 480 a 650oC, em particular, de 540 a 580oC ou 510 a 540oC.
[0016] Nas aplicações em superfícies de componentes, que sãoproduzidos de metal leve, foi verificado, que um revestimento de esmalte produzido à base de tais pós de vidro e, ademais, composto de acordo com a invenção, também resiste ainda com segurança às cargas térmicas e mecânicas e protege confiavelmente o substrato de metal leve, quando a temperatura, à qual o respectivo componente está exposto com a superfície provida com o revestimento de esmalte quando em funcionamento, é muito mais elevada do que a temperatura de fusão do material de metal leve e do próprio revestimento produzido do pó de esmalte de acordo com a invenção. Dessa maneira, o pó de esmalte de acordo com a invenção é particularmente adequado pa ra revestir superfície de componentes produzidos de material de metal leve, em particular, de um material de alumínio, para motores de combustão interna, que são expostos a uma corrente quente de gás de escape quando em uso. Na prática, os componentes desse tipo são produzidos regularmente através da técnica de fundição.
[0017] Pó de esmalte de acordo com a invenção, contudo, não éadequado apenas para o revestimento de seções de superfície expostas às correntes de gás quentes, mas também pode ser usado para revestir superfícies localizadas no lado externo de componentes de metal. Nos componentes em funcionamento aquecidos a temperaturas elevadas, a camada formada do pó de esmalte de acordo com a invenção pode servir para reduzir a radiação de calor.
[0018] Do mesmo modo, com o pó de esmalte de acordo com ainvenção em componentes de metal podem ser revestidas superfícies, que depois do revestimento devem apresentar uma superfície muito lisa. Tais superfícies podem ser previstas, por exemplo, na área de canais de componentes de metal percorridos com fluidos ou em outras seções de componentes que, quando em funcionamento, estão expostos a um fluido que passa ao longo dos mesmos.
[0019] Um revestimento produzido de um pó de esmalte de acordocom a invenção em um meio agressivo pode proteger a superfície res-pectivamente provida de um revestimento de esmalte produzido de acordo com a invenção, especificamente contra corrosão.
[0020] A granulação (diâmetro médio) das partículas do pó de vidro que forma a base de um pó de esmalte de acordo com a invenção, situa-se tipicamente na faixa de 5 a 40 μm, sendo que os pós de vidro com um tamanho de grão, que perfaz em média 25 μm provaram na prática como sendo particularmente adequados.b) Grãos de vidro grossos
[0021] 10 a 22 partes de grãos de vidro grossos podem ser opcio- nalmente acrescentados a um pó de esmalte de acordo com a invenção, para conferir ao revestimento de esmalte produzido de um pó de esmalte de acordo com a invenção uma resistência ainda melhor contra a formação de fendas. Como "grãos de vidro grossos" são designadas, nesse caso, aquelas partículas de vidro, que são maiores do que as maiores partículas do pó de vidro, que forma a base de um pó de esmalte de acordo com a invenção. Tipicamente, incluem-se nos mesmos, dessa maneira, os grãos de vidro com um diâmetro médio de mais de 40 μm. Nesse caso, o diâmetro médio dos grãos de vidro grossos não deveria ultrapassar os 500 μm, para prevenir um engrossamento muito forte do revestimento produzido de acordo com a invenção com um pó de esmalte de acordo com a invenção.
[0022] Em virtude de seu volume comparativamente grande, osgrãos de vidro grossos não fundem completamente no tratamento do revestimento de esmalte em estufa, mas permanecem em sua estrutura básica. Se no uso prático se formam fendas no revestimento de esmalte, então os grãos de vidro presentes de acordo com a invenção no revestimento de esmalte se opõem à dilatação posterior das fendas na forma de uma barreira, que não pode ser superada pela respectiva fenda. Dessa maneira, reage-se eficientemente contra a progressão da fenda e evita-se um amplo dano ao revestimento.
[0023] Como grãos de vidro grossos podem ser usadas peças devidro, que são compostas tal como um pó de esmalte de acordo com a invenção. Os grãos de vidro grossos produzidos de um tal pó de esmalte apresentam, então, uma composição e propriedades, que correspondem à composição e às propriedades de um revestimento produzido de um pó de esmalte de acordo com a invenção. Dessa maneira, é garantido, que o revestimento produzido de acordo com a invenção, apesar da presença dos grãos de vidro grossos possui propriedades em grande parte homogêneas e um comportamento igualmente uniforme. Como pó de esmalte de acordo com a invenção particularmente adequado foram provados aqueles grãos de vidro grossos, que já são acrescentados como frita no decorrer da produção do pó de esmalte de acordo com a invenção. Tais grãos de vidro fritados, isto é, não completamente fundidos, foram provados como sendo particularmente eficazes em relação ao impedimento de uma maior formação de fenda em revestimentos de esmalte produzidos pelo pó de esmalte de acordo com a invenção.
[0024] Para que ocorra o efeito dos grãos de vidro grossos com aconfiança desejada, o pó de esmalte de acordo com a invenção contém 10 a 22 partes desses grãos de vidro, sendo que se ajusta um ótimo efeito, se pelo menos 15 partes dos grãos de vidro grossos são acrescentados ao pó de esmalte de acordo com a invenção. c) Fibras cerâmicas, fibras de vidro ou fibras de carbono
[0025] As fibras presentes em um pó de esmalte de acordo com ainvenção assumem uma importância particular. Essas garantem, que um revestimento de esmalte formado do pó de acordo com a invenção também resista às altas tensões, que podem resultar através das oscilações de temperatura e cargas de pressão mecânica que ocorrem no uso prático.
[0026] Para satisfazer essa função, em um pó de esmalte de acordo com a invenção estão contidos 0,1 a 7,5 partes, em particular, pelo menos 2 partes ou pelo menos 3,5 a 7,5 partes, de fibras cerâmicas, fibras de vidro ou fibras de carbono, sendo que as fibras cerâmicas, fibras de vidro e as fibras de carbono podem ser acrescentadas respectivamente sozinhas ou também como mistura. Efeitos ideais resultam, então, quando 4 a 6 partes de material fibroso estão presentes no pó de acordo com a invenção.
[0027] Para o pó de esmalte de acordo com a invenção, incluem-se fundamentalmente fibras cerâmicas, fibras de vidro ou fibras de carbono com um comprimento de fibra de 10 a 9000 μm. Nesse caso, um grande comprimento da fibra prova ser favorável em relação à coesão do revestimento de esmalte formado de um pó de esmalte de acordo com a invenção, contudo, pode prejudicar a processabilidade. Com um comprimento da fibra de menos de 10 μm, o efeito de reforço é muito fraco. As fibras, que possuem um comprimento de 10 a 1000 μm provaram ser suficientemente eficazes e, ao mesmo tempo, garantindo uma boa processabilidade.
[0028] Como fibras de carbono podem ser usadas fibras comercialmente disponíveis. O mesmo se aplica às fibras cerâmicas e fibras de vidro, sendo que aqui, por exemplo, podem ser mencionadas fibras de SiC ou fibras de vidro de diferente composição.d) Compostos oxídicos de um metal leve ou pó de um metal pesado
[0029] Compostos oxídicos de um metal leve presentes em formade pó ou pós de um metal pesado podem estar presentes simultânea ou alternativamente no pó de esmalte de acordo com a invenção, para deslocar o ponto de fusão do revestimento formado do pó de esmalte para faixas, que não são críticas com respeito à respectivamente finalidade de uso.
[0030] Desse modo, também podem ser produzidos revestimentosde esmalte em componentes de metal leve que, com respeito à temperatura de fusão do respectivo material de metal leve, resultam em condições não críticas de tratamento em estufa, contudo, no uso prático são tão resistentes à temperatura, que esses mantêm firmemente as temperaturas máximas que ocorrem nesse caso.
[0031] Para obter esse efeito, um pó de esmalte de acordo com ainvenção contém 10 a 21 partes, em particular, 12 a 17 partes, de um composto oxídico de um metal leve presente em forma de pó e/ou 1 a 5 partes, em particular, 2 a 4 partes, de um pó de um metal pesado.
[0032] Como "metais leves" no presente texto são entendidos osmetais com uma densidade menor do que 5 g/cm3. Nesses são incluídos, em particular, Al, Ti e Mg.
[0033] Dos óxidos desses metais leves, em particular, os óxidosde Al são particularmente adequados para o uso em um pó de esmalte de acordo com a invenção, devido ao seu alto ponto de fusão de mais de 2000oC. Contudo, em particular, em um revestimento de componentes de metais leves também podem ser usados outros pós de óxidos de metais leves, tais como pós de óxido de Ti e similares, cujo ponto de fusão perfaz respectivamente ainda mais de 1000oC e, com isso, se situa nitidamente acima da faixa de temperatura de fusão do substrato de metal leve.
[0034] Ótimas influências dos óxidos de metais leves respectivamente previstos sobre as propriedades de um revestimento de esmalte produzido de um pó de esmalte de acordo com a invenção, são ajustadas, quando os óxidos de metais leves estão presentes em quantidades de até 30% com base na quantidade do material de revestimento amorfo formado do pó de esmalte.
[0035] Como "metal pesado" são considerados, aqui, todos os metais e suas ligas, que possuem uma densidade de pelo menos 5 g/cm3. Nesses incluem-se todos os materiais à base de ferro, em particular, pós de metais de aços ligados. Pós de metais, que consistem em aço nobre, tal como, por exemplo, dos aços X5CrNi18-10 e X5CrNiMo17- 12-2 normatizados sob os números de material 1.4301 e 1.4401, conhecidos pela denominação "V2A" e "V4A", provaram ser particularmente adequados. Também aqui comprova-se como sendo vantajoso, se o ponto de fusão do respectivo pó de metal perfaz mais de 1000oC, para que não ocorra qualquer alteração das propriedades do pó de metal durante o tratamento em estufa.
[0036] Ótimas influências do pó de metal sobre as propriedades de um revestimento de esmalte produzido do pó de esmalte de acordo com a invenção são ajustadas, quando os pós de metal dos metais pesados ou suas ligas estão presentes em quantidades de até 10% com base na quantidade do material de revestimento amorfo.
[0037] O diâmetro médio dos grãos do respectivo pó de metal oudos óxidos respectivamente em forma de pó de um metal leve acrescentados ao pó de esmalte de acordo com a invenção deveria situar- se tipicamente na faixa de 10 a 500 μm.e) Outros componentes
[0038] Além dos componentes esclarecidos acima, no pó de esmalte de acordo com a invenção, podem estar opcionalmente presentes, naturalmente, outras substâncias auxiliares, tais como são tipicamente necessárias para a produção de uma camada de esmalte. Nessas incluem-se, por exemplo, ácido bórico, solução de potassa cáustica, vidro solúvel ou água desmineralizada.
[0039] O pó de esmalte de acordo com a invenção pode ser produzido pelo fato, de que os componentes individuais são misturados entre si nas quantidades indicadas e são moídos juntos, até se obter um pó uniforme. Os grãos de vidro grossos, nesse caso, podem ser acrescentados tão tarde ao material moído, que esses não estão completamente moídos até o término do processo de moagem, mas sim, ainda estão presentes no pó moído pronto no tamanho requerido de acordo com a invenção. Do mesmo modo, as fibras também podem ser acrescentadas ao material moído durante o processo de moagem apenas em um momento posterior, para que também essas não sejam completamente moídas, mas sim, estejam presentes ao término do processo de moagem no comprimento requerido.
[0040] Alternativamente, o pó de esmalte de acordo com a invenção pode ser misturado também separadamente de componentes pre- acabados com a granulação respectivamente requerida.
[0041] Utilizando as propriedades esclarecidas acima de um revestimento de esmalte produzido de um pó de esmalte de acordo com a invenção, um componente de metal de acordo com a invenção apresenta uma seção de superfície que, para a proteção contra as cargas térmicas e mecânicas, às quais o mesmo é exposto no uso prático, esse é revestido com um revestimento de esmalte, que é formado de um pó de esmalte de acordo com a invenção. Em particular, a invenção prova, nesse caso, ser vantajosa para tais componentes de metal, nos quais a respectiva superfície revestida de acordo com a invenção deve suportar altas cargas térmicas e mecânicas devido à afluência por um gás quente, em particular, um gás de escape de um motor de combustão interna.
[0042] No caso do revestimento composto e produzido de acordocom a invenção, trata-se de um material amorfo não metálico, inorgânico, que em consequência de seus componentes em cargas térmicas e mecânicas alternadas, possui uma alta estabilidade. Nesse caso, mesmo quando se formam fendas menores no revestimento é garantido, devido à presença de partículas de vidro mais grossas, que não ocorre qualquer formação de fenda maior e o revestimento fica aderido na respectiva seção de superfície. Ao mesmo tempo, as fibras presentes no revestimento de esmalte previsto de acordo com a invenção, garantem que o revestimento de esmalte se mantenha unido também sob altas tensões.
[0043] Um revestimento de esmalte produzido de acordo com ainvenção apresenta, em consequência de seus componentes, funda-mentalmente uma resistência à pressão maior do que a resistência à tração. Por conseguinte, a tendência para formar fendas e para descamar o revestimento de esmalte da seção superficial respectivamente revestida com o mesmo pode ser ainda minimizada pelo fato, de que a composição do pó de esmalte é ajustada dentro dos limites predeter- minados de acordo com a invenção de tal modo, que o coeficiente de dilatação do revestimento de esmalte é mais baixo do que o coeficiente de dilatação do componente de metal na seção de superfície, que é revestida com o revestimento de esmalte.
[0044] O pó de esmalte de acordo com a invenção é particularmente adequado para produzir um revestimento de esmalte sobre um componente de metal, que consiste em metal leve ou em uma liga de metal leve. Isso se aplica, em particular, a tais componentes de metal, que são produzidos através da técnica de fundição. Assim, da maneira de acordo com a invenção podem ser revestidas, em particular, seções de superfície de peças fundidas de metal leve, em particular, peças fundidas de alumínio. Um uso particularmente importante do ponto de vista econômico e técnico de revestimentos de esmalte do tipo de acordo com a invenção, nesse caso, é o revestimento de seções de superfície em peças fundidas de metal leve, que são determinadas para a construção de motores de combustão interna. Nessas incluem-se, por exemplo, as superfícies internas de canais condutores de gás de escape de cabeçotes de cilindros, carcaças de turbocompressores e similares.
[0045] O método de acordo com a invenção para produzir umcomponente de metal de acordo com a invenção compreende, de modo geral, as seguintes etapas operacionais:- fornecimento do componente de metal,- aplicação de uma argila líquida de esmalte formada com o uso de um pó de esmalte de acordo com a invenção e de um agente de argila líquida sobre a seção de superfície a ser respectivamente revestida do componente de metal e- produção do revestimento de esmalte através do tratamento da argila líquida de esmalte em estufa a uma temperatura, que é mais baixa do que a temperatura de fusão do material, do qual con- siste o componente de metal.
[0046] Como agente de argila líquida inclui-se, por exemplo, águadesmineralizada. Além disso, outros aditivos, tais como, por exemplo, cloreto de magnésio, nitrito e sódio, ácido bórico, solução de potassa cáustica ou vidro solúvel podem estar presentes como coadjuvantes na argila líquida de esmalte.
[0047] A aplicação da argila líquida na superfície a ser respectivamente revestida é realizada, por exemplo, através de pulverização, inundação ou espalhamento. Para a aplicação da camada de esmalte sobre as superfícies internas de canais estreitos, recessos e cavidades, a inundação é particularmente adequada. Isso se aplica, por exemplo, para canais estreitos de gás de escape, tais como podem ser encontrados em componentes para motores de combustão interna. A espessura da camada, nesse caso, pode ser ajustada ao respectivo caso de aplicação. Assim, por exemplo, caso necessário, a espessura pode perfazer mais de 0,5 mm, em particular, pode se situar na faixa de até 1 mm. Para os requisitos apresentados na prática, por exemplo, as espessuras de camada de 300 a 600 μm provaram ser suficientes. Em altas cargas térmicas ou mecânicas, contudo, pode ser favorável que sejam previstas maiores espessuras de camada, para proteger o respectivo substrato de metal suficientemente contra o efeito do gás quente afluente. Em tais casos, podem ser convenientes revestimentos de esmalte com uma espessura superior a 0,6 mm, em particular, aquelas com uma espessura de até 0,75 mm, de até 1 mm, de até 1,5 mm ou de até 2 mm.
[0048] Os revestimentos com maiores espessuras de camada de150 μm e mais podem ser formados através da aplicação de duas ou mais camadas, sendo que as camadas individuais podem ser aplicadas em respectivamente uma passagem. Nesse caso, pode ser formada uma estrutura de camada, cuja camada de cobertura superior é formada de pó de esmalte de acordo com a invenção, enquanto entre a camada de cobertura estão presentes uma ou várias camadas, que consistem em um esmalte de base já usado para essa finalidade no estado da técnica. A camada de cobertura que consiste no pó de esmalte de acordo com a invenção forma, então, como camada funcional, o acabamento externo de todo o revestimento.
[0049] Para garantir uma ótima aderência do revestimento de esmalte sobre a respectiva seção de superfície do componente de metal, a seção de superfície do componente de metal revestido com o revestimento de esmalte pode ser submetido a um tratamento superficial antes da aplicação da argila líquida de esmalte, no qual a seção de superfície é desengordurada e passivada, bem como uma camada de óxido próxima da superfície presente na seção de superfície é rompida. O rompimento da camada de óxido pode ser realizado, por exemplo, através de radiação, asperização e similares.
[0050] Se o revestimento de esmalte de acordo com a invençãodeve ser produzido em um componente de metal leve, então o tratamento em estufa é realizado, de maneira ideal, com a argila líquida ainda úmida, não completamente seca.
[0051] O tratamento do revestimento de esmalte em estufa é realizado a temperaturas, que são respectivamente mais baixas do que a temperatura de fusão do material de metal, do qual consiste a seção de superfície a ser respectivamente revestida. Nos componentes fabricados de alumínio, as temperaturas adequadas de tratamento em estufa situam-se tipicamente na faixa de 480 a 650oC, em particular, de 510 a 540oC.
[0052] O tratamento em estufa pode ser realizado como etapaoperacional separada e, nesse caso, reivindica respectivamente apenas um período curto, visto que a camada de argila líquida de esmalte aplicada precisa ser aquecida apenas rapidamente à temperatura de tratamento em estufa, para permitir a fusão da matriz de vidro e a ligação ao substrato de metal.
[0053] Alternativamente, o tratamento em estufa pode ser realizado também em combinação com uma etapa de tratamento térmico, ao qual o respectivo componente de metal é submetido para ajustar suas propriedades mecânicas ou outras. Em peças fundidas de alumínio ou em outras peças fundidas de metal leve oferece-se, para esse fim, por exemplo, um recozimento em solução necessário em muitos casos de aplicação, no qual a respectiva peça fundida é mantida na faixa de temperatura ajustada para o tratamento em estufa.
[0054] A vantagem particular do revestimento de esmalte produzido de acordo com a invenção, consiste em que um componente de metal revestido dessa maneira é submetido a um processamento mecânico depois de tratar a argila líquida de esmalte em estufa na área da seção de superfície provida com o revestimento de esmalte obtido, sem causar a destruição do revestimento de esmalte.
[0055] A seguir, a invenção é esclarecida em detalhes com baseem um desenho que representa o exemplo de execução.
[0056] A única figura mostra um recorte de um cabeçote de cilindro em um corte alinhado transversalmente à extensão longitudinal do cabeçote de cilindro.
[0057] O material fundido de alumínio usado geralmente para essafinalidade, por exemplo, de um cabeçote de cilindro 1 fundido de uma liga de AlSi 11, para um motor Otto ou diesel, apresenta uma superfície de apoio plana 2, com a qual o motor está apoiado durante o uso em uma vedação do cabeçote de cilindro opcionalmente intermediária, não mostrada aqui, em um bloco de motor também não mostrado do respectivo motor de combustão interna. O motor de combustão interna apresenta, nesse caso, câmaras de combustão dispostas em série e nessas, os pistões que se movem para cima e para baixo, também não visíveis aqui.
[0058] Na superfície de apoio 2, o número de cilindros do motor decombustão interna são moldados de acordo com muitos recessos 3 formados do tipo de calotas, que formam a terminação superior das câmaras de combustão do motor de combustão interna no sentido do curso dos pistões do motor de combustão.
[0059] Nos recessos 3 desemboca respectivamente um canal deentrada 5 conduzido de um lado longitudinal 4' do cabeçote de cilindro 1, através do qual a respectiva mistura de ar e combustível é alimentado na câmara de combustão durante o funcionamento. Ao mesmo tempo, sai um canal de gás de escape 6 do respectivo recesso 6, que é direcionado para o lado longitudinal 4" oposto do cabeçote de cilindro 1 e através do qual o gás de escape obtido no processo de combustão é descarregado da câmara de combustão do motor de combustão interna. A boca 7 do canal de alimentação 5 e a abertura de entrada 8 do canal de gás de escape 6 são liberadas ou fechadas através de respectivamente uma válvula de maneira em si conhecida, dependendo do progresso do processo de combustão, que não são mostradas aqui com clareza.
[0060] Para descarregar o calor obtido durante o funcionamentoem consequência do processo de combustão, o cabeçote de cilindro 1 é atravessado por canais de resfriamento 9 de maneira também conhecida, através dos quais flui o líquido de resfriamento durante o funcionamento.
[0061] As superfícies internas 10 do canal de gás de escape 6 quedelimitam o canal de gás de escape 6 estão expostas durante o funci-onamento, em particular, na área adjacente à sua abertura de entrada 8, a altas cargas térmicas e mecânicas através do gás de escape quente que aflui no canal do gás de escape 6 com alta velocidade de fluxo com a abertura de entrada aberta.
[0062] Para a proteção contra essas cargas, as superfícies internas 10 são revestidas com um revestimento de esmalte fino, cuja espessura perfaz em média 400 μm e que cobre as superfícies internas 10 ao longo de todo o comprimento do canal de gás de escape 6.
[0063] De acordo com a espessura de camada desejada, o revestimento de esmalte 11 foi formado em uma ou várias passagens através do tratamento em estufa de uma ou várias camada(s) que consistem em argilas líquidas de esmalte, que foram aplicadas através da inundação do canal de gás de escape 6 com a argila líquida de esmalte na superfície interna 10, com uma espessura de 180 μm e, em seguida, no estado ainda úmido, essas foram recozidas a uma temperatura de tratamento em estufa que perfaz 520oC para formar o revestimento de esmalte. A camada de esmalte obtida dessa maneira tem, então, uma espessura de, por exemplo, cerca de 120 μm.
[0064] Para produzir a argila líquida de esmalte,
[0065] 100,0 partes de pó de vidro, cujas partículas de vidro apresentaram um diâmetro médio de 25 μm,
[0066] 20,0 partes de grãos de vidro grossos com um diâmetromédio de 100 μm,
[0067] 0,5 parte de fibras de carbono com um comprimento médiode 300 μm,
[0068] 15,0 partes de partículas de óxido de alumínio com um diâmetro médio de 100 μm e
[0069] 3,0 partes de um pó do aço inoxidável V2A, em que o diâmetro médio das partículas do pó de aço inoxidável perfez em média 50 μm
[0070] são misturados entre si para formar um pó de esmalte e,em seguida, são processados com 38,0 partes de água desmineralizada para a argila líquida de esmalte. Para esse fim, os componentes individuais foram moídos, por exemplo, juntos entre si, sendo que o tamanho do grão foi determinado através da seleção do momento de adição do respectivo componente considerando as propriedades do material, cujo tamanho o respectivo componente apresentou no final do processo de moagem.
[0071] À aplicação realizada através de inundação da argila líquidade esmalte composta dessa maneira, precedeu um tratamento superficial, no qual as superfícies internas 11 foram desengorduradas quimicamente, em seguida, passivadas quimicamente e no qual adicionalmente a camada de óxido foi rompida através de asperização específica das superfícies internas 11, que se formou ali em consequência do contato do material de fundição de alumínio do cabeçote de cilindro 1 com o oxigênio ambiente.NÚMEROS DE REFERÊNCIA1 cabeçote de cilindro2 superfície de apoio3 recesso da câmara de combustão4', 4" lados longitudinais5 canal de alimentação6 canal de gás de escape7 boca do canal de alimentação 58 abertura de entrada do canal de gás de escape 69 canais de resfriamento10 superfícies internas do canal de gás de escape 611 revestimento de esmalte
Claims (15)
1. Componente de metal consistindo de um metal leve etendo uma seção de superfície (10) provida de um revestimento deesmalte (11), em que o componente de metal é revestido com um revestimento de esmalte (11) na seção de superfície (10),caracterizado pelo fato de que esse revestimento de esmalte (11) é formado a partir de um pó de esmalte que está presente como mistura que contém:100 partes de um pó de vidro, em que um diâmetro médiode partículas do pó de vidro varia de 5 a 40 μm,0,1 a 7,5 partes de fibras cerâmicas, de vidro ou de carbono,10 a 22 partes de granulados de vidro grosso que são maiores que as partículas de pó de vidro, em que um diâmetro médio dosgranulados de vidro grosso é superior a 40 μm e não excede 500 μm,em que o diâmetro médio dos granulados de vidro grosso ésuficientemente grande de modo que os granulados de vidro grossonão derretam completamente após a queima do revestimento de esmalte (11),e alternativamente um ao outro ou em combinação um como outro10 a 21 partes de um composto oxidado em pó de um metalleve ou1 a 5 partes de um pó de um metal pesado.
2. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o coeficiente de expansão do revestimento de esmalte (11) é inferior ao coeficiente de expansão do componente de metal na seção de superfície (10) que é revestida com orevestimento de esmalte (11).
3. Componente de metal de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a seção de superfície (10) fornecidacom o revestimento de esmalte (11) é uma superfície interna de umcanal de gás (6).
4. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a seção de superfície (10) fornecidacom o revestimento de esmalte (11) é uma superfície interna de umcanal de gás (6).
5. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o componente de metal é um cabeçotede cilindro (1) para um motor de combustão interna.
6. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a seção de superfície (10) fornecidacom o revestimento de esmalte (11) fica do lado de fora do componente de metal.
7. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o composto oxidado de um metal levedo pó de esmalte é óxido de alumínio.
8. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o granulado de vidro grosso do pó deesmalte consiste em um material de vidro, cuja composição e propriedades correspondem à composição e propriedades de um revestimento de esmalte (11) produzido a partir do pó de esmalte.
9. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o ponto de fusão do composto oxidadodo pó de esmalte é superior a 1000 ° C.
10. Componente de metal de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a mistura inclui 1-5 partes do pó de ummetal pesado.
11. Método para produzir um componente de metal comodefinido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas de produção:fornecer o componente de metal,aplicar uma tira de esmalte, que é formada usando um póde esmalte e um meio de deslizamento, na seção de superfície (10) docomponente de metal a ser revestido, eproduzir o revestimento de esmalte (11), disparando o deslizamento de esmalte a uma temperatura inferior à temperatura de fusão do material em que o componente de metal é constituído.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o deslizamento de esmalte é queimado no decursode um processo de tratamento térmico, ao qual o componente de metal é submetido para definir suas propriedades mecânicas.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o componente de metal após a queima do deslizamento de esmalte sofre usinagem em uma área da seção de superfície (10) provida com o revestimento de esmalte (11) obtido.
14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a seção de superfície (10) do componente de metal a ser revestido com o revestimento de esmalte (11) antes de aplicaro deslizamento de esmalte é submetida a um tratamento de superfície,no qual a seção de superfície (10) é desengordurada e passivada euma superfície próxima camada de óxido presente na seção superficialé quebrada.
15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o componente de metal após a queima do deslizamento de esmalte sofre usinagem em uma área da seção de superfície (10) fornecida com o revestimento de esmalte (11) obtido.
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