BR112016020981B1

BR112016020981B1 - composições de um fluxo sob a forma de pasta, composições de um fluxo sob a forma de pó, e processos de preparação de um fluxo isento de ácido bórico

Info

Publication number: BR112016020981B1
Application number: BR112016020981-8A
Authority: BR
Inventors: Robert A. Howard
Original assignee: Lincoln Global, Inc
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2021-04-20
Also published as: DE112015001264T5; KR20160132410A; CN106102990B; WO2015136360A1; CN106102990A; JP2017512654A

Abstract

COMPOSIÇÕES DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PASTA, COMPOSIÇÕES DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PÓ, E PROCESSOS DE PREPARAÇÃO DE UM FLUXO ISENTO DE ÁCIDO BÓRICO. A invenção descrita no presente documento se refere em geral a uma composição de um fluxo isento de ácido bórico, na qual o ácido bórico e/ou bórax são substituídos por uma quantidade molar equivalente de tetraborato de potássio tetraidratado. Em algumas modalidades, é utilizado um pigmento de ftalocianina para efetuar uma mudança de cor à temperatura de ativação.

Description

[001] Este pedido é em parte uma continuação do pedido de patente de utilidade pendente dos Estados Unidos com número de série 13/838,485, depositado a 15 de março de 2013, e incorpora o mesmo na totalidade como referência.

ÁREA DA INVENÇÃO

[002] A invenção se refere a uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de acordo com a reivindicação 1, a uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de baixa temperatura de acordo com a reivindicação 6, a uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de alta temperatura de acordo com a reivindicação 7, a uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de acordo com a reivindicação 8, a uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de alta temperatura de acordo com a reivindicação 11, a uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de baixa temperatura de acordo com a reivindicação 12, a um processo para a preparação de um fluxo isento de ácido bórico de acordo com a reivindicação 13, e a um processo para a preparação de um fluxo isento de ácido bórico de acordo com a reivindicação 15. A invenção descrita no presente documento se refere em geral a composições de fluxos de brasagem isentos de ácido bórico.

ANTECEDENTES TÉCNICOS

[003] Em geral, os fluxos de brasagem removem óxidos e contaminantes de materiais de base para assegurar juntas brasadas de boa qualidade. A escolha do fluxo depende do material de base a ser utilizado, para além dos tipos de metais de enchimento, fonte de calor, e método de aplicação. A brasagem junta materiais semelhantes e diferentes aquecendo-os na presença de metais de enchimento que se liquefazem acima de 698,15 K - 723,15 K (425 °C - 450 °C (~800 °F - 840 °F)) e abaixo da temperatura de solidificação do material de base. Durante a brasagem, o metal de enchimento flui entre superfícies ajustadas da junta por ação capilar. A temperatura mínima à superfície do componente a ser brasado, onde o referido processo tem lugar sem perturbações, é a denominada temperatura de trabalho. Trata- se de uma quantidade característica do metal de enchimento em questão. Os metais de enchimento podem ser ligas ou metais puros. Em geral, o calor da brasagem é menos prejudicial do que o calor da soldagem. Para além disso, as juntas brasadas têm tipicamente maior resistência do que as juntas soldadas de forma suave. A escolha do fluxo desempenha um papel importante na maior parte dos processos de brasagem, e a utilização de um fluxo incorreto pode comprometer a qualidade da junta.

[004] De modo a se poder formar uma ligação com o metal de base, o metal de enchimento fundido deve entrar em contato direto com o metal de base. As camadas de óxido do tipo das que estão presentes em qualquer superfície metálica de engenharia têm, deste modo, que ser soltas em primeiro lugar e removidas. Se a brasagem tiver lugar ao ar, isto é conseguido cobrindo o local de brasagem com fluxos no caudal de fusão em que os óxidos se dissolvem, são reduzidos ou se decompõem à temperatura ativa do fluxo ou acima dela.

[005] Quando aquecidos, os fluxos dissolvem óxidos à superfície e protegem as superfícies limpas da reoxidação, transferem calor da fonte de calor para a junta, e removem produtos de oxidação, permitindo que o metal de enchimento contate e molhe os materiais de base. Os fluxos de brasagem, pastas ou pós, se ativam a temperaturas abaixo das necessárias para fundir os metais de fusão. Dado que os fluxos têm que estar em contato próximo com as superfícies das juntas, eles são líquidos ou gasosos às temperaturas de brasagem. Eles removem apenas as manchas e os óxidos à superfície. Outros contaminantes têm que ser removidos mecânica ou quimicamente antes da brasagem.

[006] Os fluxos são tipicamente classificados de acordo com a forma (pó, líquido, ou pasta), materiais de base e metais de enchimento com os quais podem ser utilizados, fonte de calor, método de aplicação, e intervalo de temperatura ativa. Os fluxos de brasagem de prata contêm ácido bórico e boratos de potássio, combinados com compostos complexos de fluoretos e fluoroborato de potássio. Os fluoretos, até 40% de teor nos fluxos, fornecem a estes fluxos os seus pontos de fusão caracteristicamente baixos e a elevada capacidade para dissolver óxidos metálicos. Os fluxos de alta temperatura, à base de ácido bórico e boratos alcalinos, contêm por vezes pequenas adições de boro elementar ou de dióxido de silício para aumentar a atividade e a proteção.

[007] O ponto de fusão e a temperatura eficaz dos fluxos devem corresponder à temperatura de trabalho do metal de enchimento usado para a brasagem, pelo que o fluxo deve fundir a cerca de 323,15-373,15 K (50-100 °C) abaixo da temperatura de trabalho do metal de enchimento usado e se tornar totalmente eficaz a partir desta temperatura. Para além disso, o fluxo fundido deve formar um revestimento denso e uniforme na peça, que permaneça intacto à temperatura de brasagem requerida e ao longo do período de brasagem.

[008] Assumindo superfícies metálicas puras, o metal de enchimento líquido é capaz de se espalhar em uma camada fina à superfície do metal de base, molhando-o. O metal de enchimento adere à superfície do metal de base por meio de uma ligeira união dos metais de base e de enchimento. O metal de enchimento se espalha sobre a superfície da junta e, após solidificação, forma uma junta deslastrável com o metal de base.

[009] Os fluxos de brasagem são compostos substancialmente por misturas de sais que, no estado fundido, são capazes de dissolver óxidos metálicos. Estes fluxos são substancialmente compostos inorgânicos de boro tais como, em particular, fluoroboratos e boratos alcalinos incluindo o ácido bórico, e haletos tais como, em particular, um haleto alcalino, p. ex. fluoretos alcalinos.

[010] De acordo com o Regulamento (CE) N° 1272/2008 do Parlamento Europeu e do Conselho para a classificação, rotulagem e embalagem de substâncias e misturas, o ácido bórico (um componente da maior parte dos fluxos de brasagem) é classificado como uma toxina reprodutiva na União Europeia. Isto requer uma rotulagem especial, levando a um esforço da parte dos consumidores para procurarem alternativas isentas de ácido bórico. Têm que ser desenvolvidos fluxos de brasagem adequados isentos de ácido bórico para manter a quota de mercado e satisfazer a procura por parte dos consumidores.

DESCRIÇÃO

[011] Pelo menos um aspeto da invenção reside na capacidade superior para se conseguirem características de fluxo desejáveis sem a presença de ácido bórico (H3BO3) ou bórax (NaB4O5(OH)4 • H2O) no fluxo.

[012] Para se alcançarem as características de fluxo desejadas e ultrapassar as desvantagens mencionadas, é descrita uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de acordo com a reivindicação 1 e uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de baixa temperatura de acordo com a reivindicação 6, uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de alta temperatura de acordo com a reivindicação 7, uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de acordo com a reivindicação 8, uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de alta temperatura de acordo com a reivindicação 11, uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de baixa temperatura de acordo com a reivindicação 12, um processo para a preparação de um fluxo isento de ácido bórico de acordo com a reivindicação 13 e um processo para a preparação de um fluxo isento de ácido bórico de acordo com a reivindicação 15. As modalidades preferidas da invenção são assunto das sub-reivindicações. A invenção descreve várias composições de fluxos que não contêm ácido bórico e que incluem opcionalmente um pigmento de mudança de cor à temperatura de ativação, p. ex., um pigmento de ftalocianina. O problema é resolvido com uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, que compreende:

[013]O problema também é resolvido com uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de baixa temperatura, que compreende aproximadamente, em porcentagem por peso, na referida composição adicionada,

[014] O problema também é resolvido com uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de alta temperatura, que compreende aproximadamente, em porcentagem por peso, na referida composição adicionada, em uma quantidade que totaliza 100%:

[015] O problema também é resolvido com uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, que compreende:

[016]O problema também é resolvido com uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de alta temperatura, que compreende aproximadamente, em porcentagem por peso, na referida composição adicionada, em uma quantidade que totaliza 100%: tetraborato de potássio tetraidratado (K2B4O7^4H2O) 44-54%;

[017] O problema também é resolvido com uma composição de um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de baixa temperatura, que compreende aproximadamente, em porcentagem por peso, na referida composição adicionada, em uma quantidade que totaliza 100%:

[018] Em uma modalidade, é descrita uma composição de um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, que contém: água, bifluoreto de potássio (KHF2); sílica fumada (SiO2); tetraborato de potássio (K2B4O7 • 4H2O); e fluoroborato de potássio (KBF4).

[019] Para aplicações de altas temperaturas, a composição de fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, contém frequentemente boro.

[020] Para aplicações de baixas temperaturas, uma modalidade da composição de fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, contém com base em porcentagens por peso: água (quantidade para perfazer o total de 100%); um agente molhante, de preferência UDYLITE 62 (0,1-1%); bifluoreto de potássio (KHF2) (12-16%); sílica fumada (SiO2) (0,1-4%); tetraborato de potássio tetraidratado (K2B4O7 • 4H2O) (26-35%); fluoroborato de potássio (KBF4) (26-35%); e pigmento (ftalocianina) (0,1-2%).

[021] Para aplicações de altas temperaturas, uma outra modalidade da composição de fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, contém com base em porcentagens por peso: água (quantidade para perfazer o total de 100%); um agente molhante, de preferência UDYLITE 62 (0,1-1%); bifluoreto de potássio (KHF2) (12-16%); sílica fumada (SiO2) (0,1-4%); tetraborato de potássio tetraidratado (K2B4O7 • 4H2O) (26-35%); fluoroborato de potássio (KBF4) (26-35%); e boro (0,1-2%).

[022] Para aplicações de pós, a composição de fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, inclui: tetraborato de potássio (K2B4O7 • 4H2O); fluorossilicato de potássio (K2SiF6); e fluoroborato de potássio (KBF4).

[023] Para aplicações de altas temperaturas, o fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, conterá boro.

[024] Para aplicações de altas temperaturas, uma modalidade da composição de fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, irá incluir com base no peso: tetraborato de potássio tetraidratado (K2B4O7 •4H2O) (44-54%); fluorossilicato de potássio (K2SiF6) (1-3%); fluoroborato de potássio (KBF4) (44-54%); e boro (0,1-2%).

[025] Para aplicações de baixas temperaturas, uma outra modalidade da composição de fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, irá incluir com base no peso: tetraborato de potássio tetraidratado (K2B4O7 • 4H2O) (44-54%); fluorossilicato de potássio (K2SiF6) (1-3%); fluoroborato de potássio (KBF4) (44-54%); e pigmento (ftalocianina) (0,1-2%).

[026] A invenção inclui um processo para a preparação de um fluxo isento de ácido bórico, que compreende a etapa de substituição do ácido bórico presente em um fluxo que contém ácido bórico por uma quantidade molar substancialmente semelhante de tetraborato de potássio tetraidratado (K2B4O7 •4H2O). O processo inclui também opcionalmente a etapa de adição de um pigmento de ftalocianina que efetua uma mudança de cor a uma temperatura de ativação do referido fluxo.

[027] A invenção inclui ainda um processo para a preparação de um fluxo isento de ácido bórico, que compreende a etapa de: substituição do bórax presente em um fluxo que contém bórax por uma quantidade molar substancialmente semelhante de tetraborato de potássio tetraidratado (K2B4O7 • 4H2O). O processo inclui também opcionalmente a etapa de adição de um pigmento de ftalocianina que efetua uma mudança de cor a uma temperatura de ativação do referido fluxo.

[028] Este e outros objetivos desta invenção serão evidentes quando vistos à luz da descrição detalhada e reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[029] A melhor forma para levar a cabo a invenção irá agora ser descrita com o objetivo de ilustrar o melhor modo conhecido pelo requerente na altura do depósito desta invenção. Os exemplos são ilustrativos apenas e não pretendem limitar a invenção, tal como avaliado pelo escopo e espírito das reivindicações.

[030] Tal como utilizado no presente documento, o termo “aproximadamente” ou “cerca de” significa dentro dos intervalos estabelecidos, com uma tolerância de 10%.

[031] A presente composição de fluxo de brasagem é isenta de ácido bórico, proporciona boas características de molhagem e muda de cor de uma cor no espetro do visível para clara à temperatura de ativação.

[032] A invenção irá agora ser descrita em uma série de exemplos não limitativos, mas ilustrativos.

[033] O ácido bórico tem uma temperatura de fusão de aproximadamente 442,15 K (336 °F (169 °C)) e funde cedo durante o aquecimento no processo de brasagem. Isto permite que os fluxos de brasagem com ácido bórico comecem a fundir a baixas temperaturas, muito antes da temperatura de brasagem ser atingida, protegendo assim as superfícies de contato de oxidação adicional. Para além disso, esta temperatura de fusão baixa, acoplada a uma temperatura de ebulição/desidratação de aproximadamente 573,15 K (532 °F (300 °C)), ajuda a criar fluxos de brasagem que apresentem bons desempenhos de hot rodding, o que quer dizer que o fluxo irá fundir, posteriormente solidificar, aderindo à haste de brasagem aquecida. Quando o ácido bórico atinge os 723,15 K (842 °F (450 °C)), ele se desidrata totalmente (ou decompõe liberando H2O) originando trióxido de boro, que protege as superfícies dos metais de base e de enchimento ao longo do restante processo de brasagem. A substituição do ácido bórico em um fluxo de brasagem requer a substituição do ácido bórico por um ou mais compostos que possam duplicar aproximadamente as propriedades acima.

[034] Vários compostos têm atributos que se prestariam a substituir o ácido bórico. Estas opções incluiriam, no mínimo: uma combinação de carbonato de potássio e fosfato de diamônio; e fluoroborato de amônio ou fluorossilicato de amônio e tetraborato de potássio tetraidratado. Em geral, os sais de sódio não foram considerados substituintes prováveis, devido em grande parte ao “brilho intenso de sódio” observado quando se aquece a temperaturas de brasagem. Para além disso, os sais de borato de sódio foram ainda removidos de consideração por estarem especificados no regulamento (CE) N° 1272/2008 do Parlamento Europeu e do Conselho para a classificação, rotulagem e embalagem de substâncias e misturas da EU como tendo as mesmas restrições que o ácido bórico.

[035] O carbonato de potássio oferece proteção a temperaturas que excedem os 1144,15 K (1600 °F (871 °C)), e a combinação de carbonato de potássio com fosfato de diamônio (DAP) permitiria a proteção da oxidação acima dos 423,15 K (302 °F (150 °C)). No entanto, embora satisfaça alguns dos critérios de substituição, se determinou que esta combinação não era prática para um fluxo seco em pó devido à deliquescência do carbonato de potássio, a tendência do fluxo para absorver umidade. A elevada pressão parcial de dissociação da amônia do DAP requer que o fluxo permaneça em um contentor hermeticamente fechado quando não está a ser utilizado, para preservar as propriedades químicas e físicas do fluxo. A liberação de amônia também é um problema com o fluoroborato e o fluorossilicato de amônio; a liberação de amônia é agravada quando o fluxo sob a forma de pasta é formado devido à pronta dissociação da amônia dos seus homólogos aniônicos em uma solução aquosa, embora o ganho de água não seja um problema. Embora estas formulações de fluxos deem origem a um desempenho adequado, foram procuradas alternativas melhores com base em pelo menos dois fatores: (1) os vapores desagradáveis da amônia, desde a aplicação do fluxo até ao aquecimento; e (2) a provável mudança nas propriedades do fluxo através da atualização higroscópica ao longo do tempo.

[036] O tetraborato de potássio também é encontrado em fluxos de brasagem. Dissolve prontamente óxidos metálicos (não refratários) a temperatura elevada, quase tão bem como o pentaborato de potássio (também uma outra opção para a substituição) e a custo inferior. Foi selecionado como opção a considerar na substituição do ácido bórico. O tetraborato de potássio anidro apenas, não funde antes de 1089,15 K (1500 °F (816 °C) ) e é higroscópico, se convertendo no tetraidrato por exposição prolongada à umidade. A hidratação de fluxos em pó de tetraborato de potássio anidro provoca uma mudança descontrolada das propriedades dos fluxos com o tempo e impõe condições e/ou processamento desnecessários durante a fabricação. A hidratação é um processo exotérmico que provoca preocupações na fabricação. Embora o fluxo sob a forma de pó anidro com tetraborato de potássio não tenha um desempenho adequado, o fluxo não funde até que a superfície de contato esteja quente o suficiente para formar óxidos adicionais que irão posteriormente necessitar de ser removidos. Para além disso, este fluxo não irá ter um bom desempenho de hot rodding devido à elevada temperatura de fusão. Por todas estas razões, o tetraborato de potássio tetraidratado foi escolhido como preferido em relação ao tetraborato de potássio anidro para substituir o ácido bórico.

[037] A invenção vai agora ser descrita por meio de uma série de exemplos não limitativos.

[038] Exemplo #1

[039] Em uma modalidade da invenção, é descrito um fluxo sob a forma de pasta preta, de elevada temperatura, cuja composição inclui uma mistura de água, tetraborato de potássio tetridratado, bifluoreto de potássio, boro, UDYLITE (o Udylite 62 é um produto da Enthone®, 350 Frontage Road, West Haven, CT) e sílica fumada, nas seguintes porcentagens em peso.

[040] Tabela I

[041] Fluxo sob a Forma de Pasta, Isento de Ácido Bórico, de Alta Temperatura

[042] Exemplo #2

[043] Em uma outra modalidade da invenção, um fluxo sob a forma de pasta, isento de ácido bórico, de baixa temperatura, irá incluir uma mistura de água, bifluoreto de potássio, tetraborato de potássio tetridratado, fluoroborato de potássio, pigmento, UDYLITE e sílica fumada, nas seguintes porcentagens em peso.

[044] Tabela II

[045] Fluxo sob a Forma de Pasta, Isento de Ácido Bórico, de Baixa Temperatura

[046] A Ftalocianina de Cobre Verde N° 7 foi empregada em várias composições como indicador visual da temperatura de ativação. Decompõe-se no intervalo de temperaturas de 823,15 K (1022 °F (550 °C)) a 1173,15 K (1650 °F (900 °C)), dependendo do nível de agentes oxidantes acessíveis. Os ensaios revelaram uma correlação fiável entre a mudança de cor dos fluxos de brasagem de baixa temperatura (verde) de verde para claro e a temperatura de brasagem, nas superfícies de contato. Para além disso, esta mudança de cor não pareceu ser dependente do nível de pigmentação.

[047] Exemplo #3

[048] Em uma outra modalidade da invenção, um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de alta temperatura, irá incluir uma mistura de tetraborato de potássio tetridratado, fluorossilicato de potássio, fluoroborato de potássio e boro, nas seguintes porcentagens em peso.

[049] Tabela III

[050] Fluxo sob a Forma de Pó, Isento de Ácido Bórico, de Alta Temperatura

[051] Exemplo #4

[052] Em uma outra modalidade da invenção, um fluxo sob a forma de pó, isento de ácido bórico, de baixa temperatura, irá incluir uma mistura de tetraborato de potássio tetridratado, fluorossilicato de potássio, fluoroborato de potássio e um pigmento, nas seguintes porcentagens em peso.

[053] Tabela IV

[054] Fluxo sob a Forma de Pó, Isento de Ácido Bórico, de Baixa Temperatura

[055] Tal como descrito acima, o pigmento de ftalocianina é um composto macrocíclico aromático que forma complexos de coordenação com muitos elementos da tabela periódica. Estes complexos são intensamente corados, o que facilita a transformação das cores às temperaturas empregadas na reação. Tal como descrito acima, o pigmento de ftalocianina é um composto macrocíclico aromático que forma complexos de coordenação com muitos elementos da tabela periódica. Estes complexos são intensamente corados, o que facilita a transformação das cores às temperaturas empregadas na reação, de corado no espetro do visível para essencialmente incolor à temperatura. O composto macrocíclico de ftalocianina é ilustrado abaixo, composto onde um íon metálico se ligaria por coordenação aos átomos de nitrogênio, tipicamente no interior dos anéis de 5 membros.

[056] As composições acima são úteis para a brasagem de materiais metálicos à base de ligas baseadas em cobre, prata, níquel e ferro. Sem estarmos limitados por qualquer teoria ou mecanismo de operação, o fluxo é utilizado para remover a camada de óxido e permitir a molhagem dos materiais de base. O fluxo ativado cria uma camada na peça e remove quaisquer óxidos à superfície. A mudança de cor à temperatura de ativação é uma característica distintiva, não observada quando em comparação com fluxos comercialmente disponíveis para compra.

[057] As composições e combinações dos fluxos acima foram testadas e satisfizeram todas as normas dos testes AWS A5.31 M/A5.31:2012 para o teor de água, partículas, adesão, fluidez, ação fluidificante, escoamento, tempo de vida e viscosidade.

[058] Os fluxos isentos de ácido bórico descritos nas Tabelas I-IV têm um excelente desempenho como fluxos de brasagem. Tal como discutido abaixo, os fluxos isentos de ácido bórico proporcionam resultados frequentemente superiores aos fluxos-padrão disponíveis comercialmente que não estão isentos de ácido bórico.

[059] Para além disso, os testes que se seguem foram efetuados em uma série adicional de fluxos sintetizados usando as composições identificadas nas Tabelas 1-6, em que os critérios de desempenho identificados e definidos abaixo são caracterizados nas Tabelas 1a-6a.

[060] Remoção dos Óxidos

[061] Todos os fluxos isentos de ácido bórico dissolveram todos os óxidos da superfície do metal de base.

[062] Intervalo de Ativação

[063] Todos os fluxos isentos de ácido bórico são completamente ativos, removendo óxidos, ao longo do intervalo de 839,15 K - 1144,15 K (1050 °F - 1600 °F (566 °C - 871 °C)) e 839,15 K - 1255,15 K (1050°F -1800°F (566°C -982°C)), para o fluxo de baixa temperatura (verde) e o fluxo de alta temperatura (preto) respetivamente.

[064] Hot Rodding

[065] “Hot Rodding” consiste no revestimento de uma peça de uma haste de brasagem (metal de enchimento) mergulhando uma extremidade quente em um fluxo sob a forma de pó. Isto é aplicável a fluxos sob a forma de pó apenas. Ambos os fluxos sob a forma de pó tiveram um desempenho de hot rodding extremamente bom.

[066] Fluidez do Fluxo no Intervalo de Ativação

[067] Foi efetuado um teste de fluidez com as normas AWS A5.31 M/A5.31:2012. A fluidez foi boa tanto para os pós como para as pastas isentas de ácido bórico.

[068] Odor e Fumos da Brasagem

[069] Houve muito pouco odor e fumos desagradáveis no decorrer do processo de brasagem para todos os fluxos isentos de ácido bórico.

[070] Indicador de Ativação

[071] Os fluxos pigmentados das Tabelas 2 & 4 foram os únicos fluxos que tiveram um indicador visual de temperatura de ativação realmente testado.

[072] Ao julgar o desempenho de formulações de fluxos de brasagem, foram escolhidos sete critérios: (1) Hot Rod - Capacidade de um fluxo de brasagem sob a forma de pó para aderir a uma haste/arame de brasagem quente. (2) Escoamento do Fluxo - Quão bem o fluxo fundido se espalha, ou “molha”, ao longo da superfície aquecida do(s) metal/metais de base - mais especificamente, quão bem o fluxo fundido flui através da capilaridade da junta de brasagem e das superfícies de contato imediatamente adjacentes; (3) Fluxo Metálico - O fluxo metálico é uma medida arbitrária da capacidade de brasagem do fluxo para baixar a tensão superficial do metal de enchimento fundido à superfície do metal de base - é geralmente medido por quão bem o metal de enchimento fundido se espalha, ou “molha”, ao longo da superfície aquecida do(s) metal/metais de base - mais especificamente, quão bem o fluxo fundido flui através da capilaridade da junta de brasagem e das superfícies de contato imediatamente adjacentes; (4) Odor Acre - Quantidade de fumos e fumaça emitidos e quão irritantes, cortantes ou penetrante eles são; (5) Composição do Fluxo - Homogeneidade e facilidade de aplicação; (6) Resíduo do Fluxo - Facilidade com a qual o resíduo do fluxo é removido; e (7) Limpeza a Quente - Facilidade com a qual o resíduo do fluxo é removido utilizando água quente apenas. (8)

[073] Cada critério é avaliado para a formulação do fluxo como tendo um valor subjetivo entre um e cinco, em que 1 (um) é “não desejável” e 5 (cinco) é “desejável”.

[074] Nos exemplos que se seguem, os testes foram efetuados em formulações de componentes variáveis e/ou combinados em proporções variáveis de teste de fluxos, oito sob a forma de pó e três sob a forma de pasta. Destas formulações, seis continham ácido bórico para estabelecer várias referências. A SSP-4 foi escolhida como linha de base para fluxos sob a forma de pó (Tabelas 1 & 1a) e a SSWF como linha de base para fluxos sob a forma de pasta (Tabelas 2 & 2a). Nenhum dos testes iniciais foi efetuado para fluxos (de alta temperatura) contendo boro. Supôs-se que pode ser utilizado um fluxo de sucesso de baixa temperatura como base para um fluxo de alta temperatura. Experimentos com composições do estado da técnica confirmam isto. Para além disso, o pigmento verde de ftalocianina não foi incluído nos testes funcionais dos fluxos de baixa temperatura, uma vez que está presente em níveis considerados demasiado baixos para terem qualquer importância no desempenho do fluxo, outro que não seja o de proporcionar indicação visual ao operador. Fluxos Iniciais sob a Forma de Pó:

[075] O tetraborato de potássio é um componente comum em fluxos de brasagem. Dissolve prontamente óxidos metálicos (não refratários) a elevada temperatura; isto torna-o naturalmente um composto a considerar para substituir o ácido bórico; por estas razões ele foi, na realidade, o composto químico de primeira escolha. O tetraborato de potássio anidro apenas, não funde até 1089,15 K (1500 °F (816 °C)) e é higroscópico, se convertendo no tetraidrato por exposição prolongada à umidade. A hidratação de fluxos sob a forma de pó contendo tetraborato de potássio anidro provoca uma mudança descontrolada nas propriedades dos fluxos ao longo do tempo e impõe condições e/ou processamento desnecessários durante a fabricação. A hidratação é um processo exotérmico que causa preocupações na fabricação. Embora o fluxo sob a forma de pó anidro com tetraborato de potássio não tenha um desempenho adequado, o fluxo não funde até que a superfície de contato esteja quente o suficiente para formar óxidos adicionais que irão posteriormente necessitar de ser removidos; para além disso, este fluxo não irá ter um bom desempenho de hot rodding devido à elevada temperatura de fusão. Por todas estas razões, o tetraborato de potássio tetraidratado foi escolhido como uma modalidade preferida em relação ao tetraborato de potássio anidro. O ácido bórico, tanto nos fluxos sob a forma de pó como sob a forma de pasta, foi substituído por tetraborato de potássio tetraidratado. Esta substituição correspondeu aproximadamente a uma razão molar 1:1 de teor de borato para ambos os fluxos inicialmente, e foi depois ajustada contra o(s) agente(s) molhante(s) para se alcançar o desempenho ótimo. Teste com as formulações de fluxos sob a forma de pó (verde), isentos de ácido bórico, de baixa temperatura: Tabela 3

Teste com as formulações de fluxos sob a forma de pó (preto), isentos de ácido bórico, de alta temperatura: Tabela 4

Teste com as formulações de fluxos sob a forma de pasta (verde), isentos de ácido bórico, de baixa temperatura: Tabela 5

Teste com as formulações de fluxos sob a forma de pasta (preta), isentos de ácido bórico, de alta temperatura:

[076] A invenção foi descrita com referência a modalidades preferidas e alternativas. Obviamente, irão ocorrer modificações e alterações a outras pessoas após a leitura e compreensão da especificação. Pretende-se incluir todas essas modificações e alterações desde que elas se encontrem dentro do escopo das reivindicações anexas ou dos equivalentes das mesmas.

Claims

1. COMPOSIÇÃO DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PASTA, isenta de ácido bórico, caracterizada por compreender: -água; - bifluoreto de potássio (KHF2); - sílica fumada (SiO2); - tetraborato de potássio tetrahidratado (K2B4O7^4H2O); e - fluoroborato de potássio (KBF4).

2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender ainda: -boro.

3. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por compreender ainda: -um agente molhante, e/ou -um pigmento de ftalocianina.

4. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo referido pigmento de ftalocianina mudar de corado para incolor a uma temperatura de 500 a 600°C.

5. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 4, caracterizada por compreender ainda: -um pigmento de ftalocianina; -um agente molhante; e -boro.

6. COMPOSIÇÃO DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PASTA, isenta de ácido bórico, de baixa temperatura, caracterizada por compreender, em porcentagem por peso, na referida composição adicionada, em uma quantidade que totaliza 100%: água quantidade para perfazer os 100%; agente molhante 0,1-1%; bifluoreto de potássio (KHF2) 12-16%; sílica fumada (SiO2) 0,1-4%; tetraborato de potássio tetrahidratado 26-35% (K2B4O7^ 4H2O) fluoroborato de potássio (KBF4) 26-35%; e pigmento de ftalocianina 0,1-2%.

7. COMPOSIÇÃO DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PASTA, isenta de ácido bórico, de alta temperatura, caracterizada por compreender, em porcentagem por peso, na referida composição, adicionada em uma quantidade que totaliza 100%: água quantidade para perfazer os 100%; agente molhante 0,1-1%; bifluoreto de potássio (KHF2) 12-16%; sílica fumada (SiO2) 0,1-4%; tetraborato de potássio tetrahidratado 26-35%; (K2B4O7^ 4H2O) fluoroborato de potássio (KBF4) 26-35%; e boro 0,1-2%.

8. COMPOSIÇÃO DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PÓ, isenta de ácido bórico, caracterizada por compreender: - tetraborato de potássio tetrahidratado (K2B4O7^ 4H2O) ; - fluorossilicato de potássio (K2SiF6); e - fluoroborato de potássio (KBF4).

9. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por compreender ainda: -boro, e/ou -um pigmento de ftalocianina.

10. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo referido pigmento de ftalocianina mudar de corado para incolor a uma temperatura de 500 a 600 °C.

11. COMPOSIÇÃO DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PÓ, isenta de ácido bórico, de alta temperatura, caracterizada por compreender, em porcentagem por peso, na referida composição adicionada, em uma quantidade que totaliza 100%: tetraborato de potássio tetrahidratado (K2B4O7 •4H2O) 44-54% fluorossilicato de potássio 1-3%; fluoroborato de potássio (KBF4) 44-54%; e boro 0,1-2%.

12. COMPOSIÇÃO DE UM FLUXO SOB A FORMA DE PÓ, isenta de ácido bórico, de baixa temperatura, caracterizada por compreender, em porcentagem por peso, na referida composição adicionada, em uma quantidade que totaliza 100%: tetraborato de potássio tetrahidratado (K2B4O7 • 4H2O) 44-54% fluorossilicato de potássio 1-3%; fluoroborato de potássio (KBF4) 44-54%; e pigmento de ftalocianina 0,1-2%.

13. PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE UM FLUXO ISENTO DE ÁCIDO BÓRICO, para obter as composições conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 1, 6, 7, 8, 11 e 12, caracterizado por compreender a etapa de: substituição do ácido bórico presente em um fluxo contendo ácido bórico, com uma razão molar de 1:1 de tetraborato de potássio tetrahidratado (K2B4O7 • 4H2O).

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender ainda a etapa de adição de um pigmento de ftalocianina que efetua uma mudança de cor a uma temperatura de ativação do referido fluxo.

15. PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE UM FLUXO ISENTO DE ÁCIDO BÓRICO, para obter as composições conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 1, 6, 7, 8, 11 e 12, caracterizado por compreender a etapa de substituição do bórax presente em um fluxo contendo bórax a uma razão molar de 1:1 de tetraborato de potássio tetrahidratado (K2B4O7^ 4H2O) .

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda a etapa de adição de um pigmento de ftalocianina que efetua uma mudança de cor a uma temperatura de ativação do referido fluxo.