BR112018002318B1

BR112018002318B1 - Elemento deslizante e método de fabricação do mesmo

Info

Publication number: BR112018002318B1
Application number: BR112018002318-3A
Authority: BR
Inventors: Yoshinori Izawa
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2022-11-29
Also published as: KR102285657B1; KR20180030918A; EP3333283A1; JPWO2017022505A1; MX2018001341A; MY193663A; CA2994633C; KR20200043522A; CN107849699A; EP3333283A4; EP3333283B1; US20180223902A1; RU2682361C1; US10364844B2; CA2994633A1; CN114016015A; JP6519962B2; BR112018002318A2; WO2017022505A1

Abstract

ELEMENTO DESLIZANTE E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO. A presente invenção refere-se ao elemento deslizante que inclui uma base e uma camada de revestimento formada na base, na qual a camada de revestimento inclui um agregado de partículas contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação. O método para a fabricação do elemento deslizante inclui a etapa de pulverizar um primeiro pó da liga de cobre que endurece por precipitação ou um pó misto que contém o primeiro pó e um segundo pó mais duro do que o primeiro pó na base em um estado não fundido, de modo a formar a camada de revestimento na base.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um elemento deslizante e a um método de fabricação do mesmo. Em mais detalhes, a presente invenção refere-se a um elemento deslizante com alta resistência à abrasão em alta temperatura e um método de fabricação do mesmo. O elemento deslizante é, por exemplo, aplicado adequadamente às partes deslizantes de motores de combustão interna que são utilizados em um ambiente de alta temperatura. Especificamente, o elemento deslizante é adequadamente aplicado às partes de sede para válvulas de motor de bases de válvulas e cabeças de cilindros, faces de válvulas das válvulas de motor, partes deslizantes contra guias de válvula das válvulas de motor, e metais de rolamento de mecanismos de rolamento.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] O Documento de Patente 1 descreve um método de formação para um revestimento duro, que permite a formação de um revestimento duro na superfície de uma base por transformação induzida por deformação em estado frio. O método de formação de revestimento duro é pulverizar pó de metal sólido sobre a superfície da base com gás comprimido como um meio para formar o revestimento de metal duro. No método de formação, o pó de metal é feito de um material metálico que pode causar a transformação induzida por processamento, que é golpeado na base em tal alta velocidade que provoca a transformação induzida por processamento de modo que ele seja plasticamente deformado em uma forma plana e depositado em camadas na superfície da base enquanto também provoca a transformação induzida por processamento do pó de metal previamente depositado. Desta forma, o método de formação é caracterizado pelo fato de que o revestimento de metal a ser formado na superfície da base é mais duro do que o pó de metal que ainda não foi golpeado na base. Lista de Citação Literatura de patente Documento de Patente 1: JP 5202024B

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema técnico

[003] No entanto, um problema com o revestimento duro no Documento de Patente 1 é a resistência à abrasão insuficiente em alta temperatura.

[004] A presente invenção foi feita tendo em vista o problema descrito acima com a técnica anterior. É um objetivo da presente invenção fornecer um elemento deslizante com alta resistência à abrasão em alta temperatura, um método para a fabricação do elemento deslizante, e um elemento deslizante de um motor de combustão interna com elementos deslizantes.

Solução para o Problema

[005] Os presentes inventores conduziram um estudo intensivo de modo a atingir o objetivo descrito acima. Como um resultado, os presentes inventores concluíram que o objetivo descrito acima pode ser conseguido através da formação de uma camada de revestimento de um agregado partículado contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação em uma base. A presente invenção foi assim completada.

[006] Isto é, o elemento deslizante da presente invenção inclui uma base e uma camada de revestimento formada na base, na qual a camada de revestimento inclui um agregado de partículas contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação. O elemento deslizante ainda inclui uma camada intermediária que é formada em ao menos uma parte da interface entre a base e a camada de revestimento e compreende ao menos uma de uma camada de difusão e uma camada de composto intermetálico; ou a liga de cobre que endurece por precipitação contém níquel e silício como elementos aditivos, e o agregado de partículas inclui ao menos uma fase de precipitação de silicato de níquel dentro e/ou na superfície de ao menos uma parte das primeiras partículas.

[007] O elemento deslizante do motor de combustão interna da presente invenção inclui o elemento deslizante da presente invenção em uma parte deslizante do motor de combustão interna.

[008] O método para fabricar um elemento deslizante da presente invenção é fabricar um elemento deslizante que inclui uma base, uma camada de revestimento formada na base e uma camada intermediária que é formada em ao menos uma parte da interface entre a base e a camada de revestimento e compreende ao menos uma de uma camada de difusão e uma camada de composto intermetálico, na qual a camada de revestimento inclui um agregado de partículas contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação ou um agregado de partículas contendo as primeiras partículas e as segundas partículas mais duras do que as primeiras partículas. O método para fabricar o elemento deslizante inclui a etapa de pulverizar um primeiro pó da liga de cobre que endurece por precipitação ou um pó misto contendo o primeiro pó e um segundo pó mais duro do que o primeiro pó sobre a base em um estado não fundido de modo a formar a camada de revestimento na base. Ademais, ao pulverizar o primeiro pó ou o pó misto na base no método para fabricar o elemento deslizante, o primeiro pó ou o pó misto é pulverizado na base em tal velocidade que faz com que o primeiro pó seja pulverizado na base para formar uma parte plasticamente deformada em ao menos uma da base e da camada de revestimento.

EFEITOS VANTAJOSOS

[009] Com a presente invenção, é possível fornecer um elemento deslizante com alta resistência à abrasão em alta temperatura, um método para fabricar o elemento deslizante e o elemento deslizante de um motor de combustão interna com elementos deslizantes.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[010] A Figura 1 é uma vista esquemática transversal de um elemento deslizante de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção.

[011] A Figura 2 é uma vista esquemática transversal de um elemento deslizante de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

[012] A Figura 3 é uma ampliação da parte circundada pela linha III do elemento deslizante na Figura 2.

[013] A Figura 4 é uma ampliação da parte circundada pela linha IV do elemento deslizante na Figura 2.

[014] A Figura 5 é uma vista esquemática transversal de um elemento deslizante de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção.

[015] A Figura 6 é uma vista esquemática transversal de um elemento deslizante de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção.

[016] A Figura 7 é uma ampliação da parte circundada pela linha VII do elemento deslizante na Figura 6.

[017] A Figura 8 é uma vista esquemática transversal de um elemento deslizante de um motor de combustão interna que inclui o elemento deslizante em uma parte deslizante.

[018] A Figura 9 é uma vista esquemática transversal de um mecanismo de rolamento de um motor de combustão interna que inclui um elemento deslizante em um metal de rolamento do mecanismo de rolamento.

[019] A Figura 10 é uma vista transversal que ilustra a visão geral de um testador de abrasão.

[020] A Figura 11 é uma imagem transversal microscópica eletrônica de varredura (SEM) do elemento deslizante do Exemplo 4.

[021] A Figura 12 é um gráfico que ilustra o resultado de uma análise de raios-X por dispersão de energia (EDX) do elemento deslizante do Exemplo 4.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[022] A seguir, um elemento deslizante, um elemento deslizante de um motor de combustão interna, uma cabeça de cilindro, uma sede de válvula, uma válvula de motor, um mecanismo de rolamento de um motor de combustão interna, e um método para fabricar um elemento deslizante de acordo com as modalidades da presente invenção serão descritos em detalhes.

Primeira Modalidade

[023] Primeiro, um elemento deslizante de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção será descrito detalhadamente com relação aos desenhos. A dimensão dos desenhos referidos nas seguintes modalidades é exagerada por razões descritivas e pode ser diferente da dimensão real.

[024] A Figura 1 é uma vista esquemática transversal do elemento deslizante, de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. Como ilustrado na Figura 1, o elemento deslizante 1 da modalidade inclui uma base 10 e uma camada de revestimento 20 que é formada na base 10. A camada de revestimento 20 inclui um agregado de partículas 21 que contém as primeiras partículas 23 de uma liga de cobre que endurece por precipitação. Na modalidade, a base 10 inclui uma parte plasticamente deformada 10a, e a camada de revestimento 20 inclui uma parte plasticamente deformada 20a. Tal como aqui utilizado, uma liga de cobre que endurece por precipitação significa não só uma liga de cobre que já foi endurecida por precipitação, mas também uma liga de cobre que ainda não foi endurecida por precipitação. Com relação às primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação, é preferencial que todas as primeiras partículas sejam feitas de liga de cobre que já tenha sido endurecida por precipitação. No entanto, as primeiras partículas não estão limitadas a elas. Por exemplo, das primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação, uma parte das primeiras partículas pode ser feita da liga de cobre que já foi endurecida por precipitação, e o restante das primeiras partículas é feito da liga de cobre que ainda não foi endurecida por precipitação. Para outro exemplo, das primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação, todas as primeiras partículas podem ser feitas da liga de cobre que ainda não foi endurecida por precipitação. Uma liga de cobre que endurece por precipitação é também chamada de uma liga de cobre reforçada com dispersão de partículas.

[025] Conforme descrito acima, uma vez que o elemento deslizante da modalidade inclui a base e a camada de revestimento formada na base, na qual a camada de revestimento inclui o agregado de partículas contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação, o elemento deslizante tem alta resistência à abrasão em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar a propriedade de alta condução de calor. Na presente invenção, nem sempre é necessário que ao menos uma da base e da camada de revestimento inclua uma parte plasticamente deformada. No entanto, quando ao menos uma da base e da camada de revestimento inclui uma parte plasticamente deformada, o elemento deslizante pode ter uma resistência à abrasão ainda maior em alta temperatura.

[026] Atualmente, assume-se que os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base em ao menos um dos seguintes motivos.

[027] Por exemplo, quando a base tem um revestimento de óxido na superfície que inibe a adesão entre a base e a camada de revestimento, assume-se que a pulverização do primeiro pó de uma liga de cobre que endurece por precipitação sobre a base e a colisão resultante do primeiro pó com a base remove o revestimento de óxido para expor e formar uma nova interface da base que exibe boa adesão com a camada de revestimento, que é descrita em detalhes posteriormente.

[028] Para outro exemplo, quando o primeiro pó colide com a base e as primeiras partículas acopladas na base, assume-se que a energia cinética do primeiro pó é parcialmente convertida em energia térmica, o que promove a fusão e a difusão atômica entre a base e o primeiro pó e entre o primeiro pó e as primeiras partículas.

[029] Para mais um exemplo, quando o primeiro pó colide com a base, assume-se que o primeiro pó morde a base. Este efeito âncora, em outras palavras, a parte plasticamente deformada da base composta por rebaixos planos, melhora a adesão entre a base e a camada de revestimento.

[030] Para ainda outro exemplo, quando o primeiro pó colide com a base e as primeiras partículas acopladas na base, assume-se que o primeiro pó e as primeiras partículas são deformados em uma forma plana. Esta deformação, em outras palavras, uma parte plasticamente deformada da camada de revestimento composta pelas primeiras partículas planas depositadas, reduz os espaços entre as primeiras partículas para melhorar a adesão entre as primeiras partículas no agregado de partículas.

[031] Para outro exemplo ainda, quando o primeiro pó colide com a base e as primeiras partículas acopladas na base, assume-se que o calor é gerado durante a deformação plástica que forma os rebaixos planos na base e que forma o primeiro pó e as primeiras partículas em uma forma plana, em outras palavras, durante a formação das partes plasticamente deformadas da base e da camada de revestimento. Este calor promove a fusão e a difusão atômica entre a base e o primeiro pó e entre o primeiro pó e as primeiras partículas.

[032] No entanto, mesmo quando os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base nos outros motivos, dever-se-ia entender bem que a presente invenção engloba tais elementos deslizantes e similares.

[033] A seguir, os componentes serão individualmente descritos em mais detalhes.

[034] A base 10 não é particularmente limitada, mas é, de preferência, feita de um metal que é aplicável para o método de fabricação do elemento deslizante, isto é, o método para formar a camada de revestimento, que será descrito em detalhes mais adiante. Dever-se-ia entender bem que a base 10 é configurada para ser utilizada em um ambiente de alta temperatura no qual o elemento deslizante é utilizado.

[035] Exemplos de metais que são preferencialmente utilizados incluem ligas de alumínio, ferro, titânio, cobre e similares conhecidos na técnica.

[036] Exemplos de ligas de alumínio que são preferencialmente utilizadas incluem AC2A, AC8A, ADC12 e similares de acordo com o Padrão Industrial japonês e similares. Exemplos de ligas de ferro que são preferencialmente utilizadas incluem SUS304 de acordo com o padrão industrial japonês, ligas sinterizadas à base de ferro e similares. Exemplos de ligas de cobre que são preferencialmente utilizadas incluem ligas sinterizadas à base de cobre, de cobre e berílio, e similares.

[037] A camada de revestimento 20 não é particularmente limitada e pode ser qualquer camada de um agregado de partículas que contém as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação.

[038] Por exemplo, a espessura da camada de revestimento não é particularmente limitada e pode ser adequadamente selecionada de acordo com a temperatura e o ambiente de deslizamento de uma parte à qual a camada de revestimento é aplicada. Por exemplo, a espessura varia de preferência de 0,05 mm a 5,0 mm, mais preferencialmente de 0,1 mm a 2,0 mm. Quando a espessura da camada de revestimento é inferior a 0,05 mm, a rigidez da própria camada de revestimento é insuficiente. Isso pode resultar em uma deformação plástica, particularmente quando a resistência da base é baixa. Quando a espessura da camada de revestimento é superior a 10 mm, o revestimento pode descascar-se dependendo da relação entre o estresse residual produzido na formação do filme e a força de adesão interfacial.

[039] Por exemplo, quando a porosidade da camada de revestimento é alta, a resistência pode ser insuficiente e a resistência à abrasão em alta temperatura pode diminuir consequentemente. A este respeito, é preferencial que a porosidade da camada de revestimento seja a menor possível. Além disso, para conseguir que o elemento deslizante tenha uma melhor propriedade de condução de calor, é preferencial que a porosidade da camada de revestimento em uma seção transversal seja igual ou inferior a 3% da área, particularmente 0% da área. Uma vez que é atualmente possível reduzir a porosidade para 0,1% área, a porosidade varia de preferência de 0,1% área a 3% área em termos de resistência à abrasão em alta temperatura, a propriedade de condução de calor e a produtividade. No entanto, dever-se-ia entender bem que a porosidade não se limita a esses intervalos e pode estar fora desses intervalos desde que os efeitos vantajosos da presente invenção possam ser obtidos. A porosidade da camada de revestimento em uma seção transversal pode ser calculada através da observação de uma imagem microscópica eletrônica de varredura (SEM) ou similar de uma seção transversal da camada de revestimento e processamento de imagem da imagem microscópica eletrônica de varredura (SEM), tal como a binarização.

[040] A liga de cobre que endurece por precipitação não é particularmente limitada, mas exemplos que são preferencialmente utilizados incluem as ligas de cobre que endurecem por precipitação que contêm níquel e silício, ou seja, as chamadas ligas de Corson. No entanto, a liga de cobre que endurece por precipitação não está limitada a essa. Outros exemplos que também podem ser usados incluem as ligas de cobre que endurecem por precipitação contendo cromo, ou seja, o chamado cobre de cromo, e as ligas de cobre que endurecem por precipitação contendo zircônio, ou seja, o chamado cobre de zircônio. Além disso, ainda outros exemplos que também podem ser utilizados incluem as ligas de cobre que endurecem por precipitação que contêm níquel, silício e cromo, ligas de cobre que endurecem por precipitação que contêm níquel, silício e zircônio, ligas que endurecem por precipitação que contêm níquel, silício, cromo e zircônio, ligas de cobre que endurecem por precipitação que contêm cromo e zircônio, e similares.

[041] Por exemplo, em uma liga de cobre que endurece por precipitação que contém níquel e silício, é preferencial que o teor de níquel varie de 1% em massa a 21% em massa e o teor de silício varie de 0,2% em massa a 8% em massa desde que seja possível obter uma melhor propriedade de condução de calor. Em uma liga de cobre que endurece por precipitação contendo cromo, é preferencial que o teor de cromo varie de 0,02% em massa a 1% em massa, uma vez que uma propriedade de condução de calor ainda melhor possa ser alcançada. Em uma liga de cobre que endurece por precipitação que contém níquel e silício, é preferencial que a relação de massa do teor de níquel e do teor de silício (Ni:Si) varie de 3,5:1 a 4,5:1 em termos de precipitação de silicato de níquel (Ni2Si). No entanto, dever-se-ia entender bem que a composição não está limitada a estes intervalos e pode estar fora desses intervalos desde que os efeitos vantajosos da presente invenção possam ser obtidos. Além disso, dever-se-ia entender bem que outros elementos podem ser adicionados às ligas de cobre que se endurecem por precipitação descritas acima.

Segunda Modalidade

[042] Em seguida, um elemento deslizante de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção será descrito em detalhes, com relação aos desenhos. Os mesmos símbolos de referência são denotados para os mesmos componentes que os da modalidade descrita acima, e a sua descrição é omitida.

[043] Figura 2 é uma vista esquemática transversal do elemento deslizante, de acordo com a segunda modalidade da presente invenção. A Figura 3 é uma ampliação da parte circundada pela linha III do elemento deslizante na Figura 2. A Figura 4 é uma ampliação da parte circundada pela linha IV do elemento deslizante na Figura 2. Como ilustrado na Figura 2 à Figura 4, o elemento deslizante 2 desta modalidade é diferente do elemento deslizante da primeira modalidade, na medida em que um agregado de partículas 21 inclui ao menos uma fase de precipitação 25 dentro ou na superfície 24a de ao menos uma parte das primeiras partículas 24. A Figura 2 à Figura 4 ilustram um exemplo no qual a fase de precipitação 25 está incluída dentro e/ou na superfície 24a das primeiras partículas. A liga de cobre que endurece por precipitação das primeiras partículas 24 contém níquel e silício como elementos aditivos. Neste caso, a fase de precipitação é tipicamente feita de silicato de níquel (Ni2Si). Embora não mostrado nas figuras, dever-se-ia entender bem que a presente invenção engloba a configuração na qual a fase de precipitação está incluída dentro e/ou na superfície de uma parte das primeiras partículas.

[044] Tal como descrito acima, o elemento deslizante da modalidade inclui a base e a camada de revestimento formada na base, na qual a camada de revestimento inclui o agregado de partículas contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação, e o agregado de partículas inclui ao menos uma fase de precipitação dentro e/ou na superfície de ao menos uma parte das primeiras partículas. Com esta configuração, o elemento deslizante exibe uma resistência à abrasão ainda maior em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar a alta propriedade de condução de calor. Na presente invenção, nem sempre é necessário que ao menos uma da base e da camada de revestimento inclua uma parte plasticamente deformada. No entanto, uma maior resistência à abrasão em alta temperatura pode ser obtida quando ao menos uma da base e da camada de revestimento do elemento deslizante inclui uma parte plasticamente deformada.

[045] Considera-se atualmente que os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base nos seguintes motivos.

[046] Por exemplo, quando o primeiro pó de uma liga de cobre que endurece por precipitação é pulverizado sobre a base para colidir com a base e as primeiras partículas acopladas na base, a energia cinética do primeiro pó é parcialmente convertida em energia térmica. Supõe-se que isso promove o endurecimento por precipitação da liga de cobre que endurece por precipitação de ao menos um do primeiro pó e das primeiras partículas, que é descrito em detalhes posteriormente.

[047] No entanto, mesmo quando os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base nos outros motivos, dever-se-ia entender bem que a presente invenção abrange tais elementos deslizantes e similares.

Terceira Modalidade

[048] Em seguida, um elemento deslizante de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção será descrito com referência aos desenhos. Os mesmos símbolos de referência são denotados para os mesmos componentes das modalidades descritas acima, e a sua descrição é omitida.

[049] A Figura 5 é uma vista transversal do elemento deslizante, de acordo com a terceira modalidade da presente invenção. Como ilustrado na Figura 5, o elemento deslizante 3 da modalidade é diferente do elemento deslizante da segunda modalidade, na medida em que inclui ainda uma camada intermediária predeterminada 30 sobre a interface inteira entre a base 10 e a camada de revestimento 20. A camada intermediária predeterminada 30 inclui uma camada de difusão ou uma camada de composto intermetálico ou inclui uma camada de difusão e uma camada de composto intermetálico. Quando a camada intermediária inclui uma camada de difusão, a camada intermediária pode consistir na camada de difusão. Quando a camada intermediária inclui uma camada de composto intermetálico, a camada intermediária pode consistir na camada de composto intermetálico.

[050] Conforme descrito acima, o elemento deslizante da modalidade inclui a base, a camada de revestimento formada na base e a camada intermediária que é formada em ao menos uma parte da interface entre a base e a camada de revestimento e inclui ao menos uma de uma camada de difusão e uma camada de composto intermetálico, onde a camada de revestimento inclui o agregado de partículas contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação. Com esta configuração, o elemento deslizante exibe uma resistência à abrasão ainda maior em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar a alta propriedade de condução de calor. Na presente invenção, nem sempre é necessário que ao menos uma da base e da camada de revestimento inclua uma parte plasticamente deformada. No entanto, uma maior resistência à abrasão em alta temperatura pode ser obtida quando ao menos uma da base e da camada de revestimento do elemento deslizante inclui uma parte plasticamente deformada. Além disso, uma resistência à abrasão ainda maior em alta temperatura pode ser obtida quando a camada intermediária incluindo ao menos uma de uma camada de difusão e uma camada de composto intermetálico é formada sobre a interface inteira entre a base e a camada de revestimento do elemento deslizante.

[051] Assume-se atualmente que os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base nos seguintes motivos.

[052] Por exemplo, quando o primeiro pó de uma liga de cobre que endurece por precipitação é pulverizado sobre a base para colidir com a base, a energia cinética do primeiro pó é parcialmente convertida em energia térmica. Supõe-se que isso provoca a difusão mútua de componentes elementares entre a base e ao menos um do primeiro pó e das primeiras partículas de modo a formar a camada intermediária incluindo ao menos uma de uma camada de difusão e de uma camada de composto intermaterálico entre a base e a camada de revestimento, que é descrita em detalhes posteriormente.

[053] No entanto, mesmo quando os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base nos outros motivos, dever-se-ia entender bem que a presente invenção abrange tais elementos deslizantes e similares.

[054] A camada intermediária 30 será descrita em mais detalhes. A camada intermediária inclui uma camada de difusão ou uma camada de composto intermetálico ou inclui uma camada de difusão e uma camada de composto intermetálico. Exemplos adequados da camada de difusão incluem camadas que têm uma estrutura de gradiente da composição. No entanto, a camada de difusão não está limitada àquelas com uma estrutura de gradiente da composição. Exemplos adequados da camada intermediária com uma camada de composto intermetálico incluem camadas que têm uma estrutura da camada de composto intermetálico intercalada entre camadas de difusão com uma estrutura de gradiente da composição. No entanto, a camada intermediária não está limitada a essa. Por exemplo, a camada intermediária é composta por um componente elementar da base e um componente elementar das primeiras partículas. Especificamente, quando a base é feita de uma liga de alumínio, a camada intermediária a ser formada é feita de uma liga que contém alumínio e cobre. No entanto, a camada intermediária não está limitada a essa. Por exemplo, quando a base é feita de aço inoxidável (SUS), a camada intermediária a ser formada é feita de uma liga que contém um componente elementar de aço inoxidável (SUS) e cobre.

Quarta Modalidade

[055] Em seguida, um elemento deslizante de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção será descrito detalhadamente com relação aos desenhos. Os mesmos símbolos de referência são denotados nos mesmos componentes das modalidades descritas acima, e a sua descrição é omitida.

[056] A Figura 6 é uma vista esquemática transversal dElemento deslizante, de acordo com a quarta modalidade da presente invenção. A Figura 7 é uma ampliação da parte circundada pela linha VII do elemento deslizante na Figura 6. Como ilustrado na Figura 6 e na Figura 7, o elemento deslizante 4 da modalidade é diferente do elemento deslizante da terceira modalidade na medida em que um agregado de partículas 21 inclui segundas partículas 27 que são compostas por partículas de liga tal como partículas de liga à base de ferro, partículas de liga à base de cobalto, partículas de liga à base de cromo, partículas de liga à base de níquel ou partículas de liga à base de molibdênio ou de partículas cerâmicas. Dever- se-ia entender bem que a fase de precipitação 25 não está incluída dentro das segundas partículas 27.

[057] Conforme descrito acima, o elemento deslizante da modalidade inclui a base e a camada de revestimento formada na base, onde a camada de revestimento inclui agregado de partículas contendo as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação, e o agregado de partículas contém ainda as segundas partículas que são compostas por partículas de liga, tal como partículas de liga à base de ferro, partículas de liga à base de cobalto, partículas de liga à base de cromo, partículas de liga à base de níquel ou partículas de liga à base de molibdênio ou de partículas cerâmicas. Com esta configuração, o elemento deslizante da modalidade exibe uma resistência à abrasão ainda maior em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar a alta propriedade de condução de calor. Na presente invenção, nem sempre é necessário que ao menos uma da base e da camada de revestimento inclua uma parte plasticamente deformada. No entanto, uma maior resistência à abrasão em alta temperatura pode ser obtida quando ao menos uma da base e da camada de revestimento do elemento deslizante inclui uma parte plasticamente deformada. Além disso, quando o agregado de partículas do elemento deslizante inclui ao menos uma fase de precipitação predeterminada na superfície das primeiras partículas, pode-se obter uma maior resistência à abrasão em alta temperatura. Além disso, quando a camada intermediária é formada em ao menos uma parte da interface entre a base e a camada de revestimento do elemento deslizante, uma maior resistência à abrasão em alta temperatura pode ser conseguida.

[058] Atualmente, assume-se que os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base nos seguintes motivos.

[059] Por exemplo, quando a base tem um revestimento de óxido na superfície que inibe a adesão entre a base e a camada de revestimento, assume-se que pulverizar o primeiro pó de uma liga de cobre que endurece por precipitação e o segundo pó sobre a base e a colisão resultante do segundo pó com a base remove o revestimento de óxido para expor e formar uma nova interface da base que exibe boa adesão com a camada de revestimento, que é descrita em detalhes posteriormente. Este fenômeno é particularmente provável de ocorrer quando as partículas do segundo pó são mais duras do que as partículas do primeiro pó.

[060] Para outro exemplo, quando o segundo pó colide com a base, o segundo pó morde na base. Supõe-se que este efeito âncora, em outras palavras, a parte plasticamente deformada da base composta por rebaixos planos, melhora a adesão entre a base e a camada de revestimento. Este fenômeno é particularmente provável de ocorrer quando as partículas do segundo pó são mais duras do que as partículas do primeiro pó.

[061] Quando as partículas do segundo pó são mais duras do que as partículas do primeiro pó, a fase de precipitação 25 provavelmente será precipitada na vizinhança da superfície 24a das primeiras partículas 24 na borda entre as primeiras partículas e a segundas partículas (ver a Figura 7, a vizinhança da superfície das primeiras partículas refere-se, por exemplo, à área da superfície 24a a uma profundidade de aproximadamente 1 μm como ilustrado pela seta X). No entanto, a fase de precipitação 25 não está limitada a ela.

[062] Isto ocorre presumidamente porque quando o primeiro pó colide com as segundas partículas, a energia cinética do primeiro pó é parcialmente convertida em energia térmica e o primeiro pó é parcialmente formado em uma parte plasticamente deformada. O calor gerado neste processo promove o endurecimento por precipitação da liga de cobre que endurece por precipitação de uma parte das primeiras partículas.

[063] No entanto, mesmo quando os efeitos vantajosos descritos acima são obtidos com base nos outros motivos, dever-se-ia entender bem que a presente invenção abrange tais elementos deslizantes e similares.

[064] As segundas partículas 27 serão descritas em mais detalhes. As segundas partículas não são particularmente limitadas. No entanto, é preferencial que as segundas partículas sejam mais duras do que a base. Além disso, é preferencial que as segundas partículas sejam mais duras do que a liga de cobre que endurece por precipitação. Exemplos de partículas que são preferencialmente usadas como segundas partículas incluem partículas de liga, tais como partículas de liga à base de ferro, partículas de liga à base de cobalto, partículas de liga à base de cromo, partículas de liga á base de níquel e partículas de liga à base de molibdênio e partículas cerâmicas. Essas partículas podem ser usadas sozinhas ou em combinação de dois ou mais tipos.

[065] Exemplos de tais ligas à base de ferro incluem SUS 440C de acordo com o padrão industrial japonês e similares. Exemplos de tais ligas à base de cobalto incluem TRIBALOY (marca registrada) T-400, T-800 e similares. Exemplos de tais ligas à base de cromo incluem ferrocromo e similares. Exemplos de tais ligas à base de níquel incluem TRIBALOY (marca registrada) T-700 e similares. Exemplos de tais ligas à base de molibdênio incluem ferromolibdênio e similares. Exemplos de tais cerâmicas incluem WC/Co, Al2O3 e similares. Dentre elas, é preferencial usar uma liga à base de cobalto, pois possui alta resistência à abrasão em alta temperatura. Especificamente, é preferencial usar TRIBALOY (marca registrada) T- 400, T-800 ou similar.

[066] A porcentagem das segundas partículas em uma seção transversal da camada de revestimento não é particularmente limitada, mas varia de preferência de 1% área a 50% área, mais preferencialmente de 1% área a 25% área, ainda mais preferencialmente de 1% área a 18% área, de um modo particularmente preferencial, de área de 5% área a 18% em termos de melhora da resistência à abrasão em alta temperatura e à propriedade de condução de calor. No entanto, dever-se-ia entender bem que a porcentagem não está limitada a estes intervalos e pode estar fora destes intervalos desde que sejam obtidos os efeitos vantajosos da presente invenção. Além disso, dever-se-ia entender bem que a % área calculada por observação de uma seção transversal pode ser considerada como % em volume, e a % em volume pode ser convertida em % em peso usando a densidade das respectivas partículas.

[067] Conforme descrito acima, a porcentagem das segundas partículas em uma seção transversal da camada de revestimento varia de preferência de 1% área a 50% área em termos de melhora na resistência à abrasão em alta temperatura e na propriedade de condução de calor. No entanto, para uma aplicação que não exige essencialmente uma alta propriedade de condução de calor, mas que apenas exige uma alta resistência à abrasão, a porcentagem das segundas partículas em uma seção transversal da camada de revestimento pode variar entre 50% área a 99% área. Além disso, a camada de revestimento pode incluir terceiras partículas além das primeiras partículas e das segundas partículas.

Quinta Modalidade

[068] Em seguida, um elemento deslizante de um motor de combustão interna de acordo com uma quinta modalidade da presente invenção será descrito com relação aos desenhos. Os mesmos símbolos de referência são indicados nos mesmos componentes das modalidades descritas acima, e a sua descrição é omitida.

[069] A Figura 8 é uma vista esquemática transversal do elemento deslizante do motor de combustão interna que inclui o elemento deslizante em uma parte deslizante do mesmo. Para ser mais específico, a Figura 8 é uma vista esquemática transversal de um mecanismo de atuação de válvula que inclui uma válvula de motor. Como ilustrado na Figura 8, quando um lobo de came 40 é rotacionado, ele empurra para baixo um elevador de válvula 41 enquanto encolhe uma mola de válvula 42. Simultaneamente, ele empurra para baixo uma válvula de motor 43 enquanto uma guia de válvula 45 que tem uma vedação de haste 44 guia a válvula de motor 43. Como um resultado, a válvula de motor 43 fica separada de uma parte de sede 46A para a válvula de motor 43 de uma cabeça de cilindro 46 de modo que uma porta de escape 47 se comunica com uma câmara de combustão (não mostrada) (a válvula de motor é aberta). Posteriormente, quando o lobo de came 40 é rotacionado mais, uma força de repulsão da mola de válvula 42 empurra para cima a válvula de motor 43 juntamente com o elevador de válvula 41, um retentor 48 e uma chaveta 49. Como um resultado, a válvula de motor 43 entra contato com a parte de sede 46A de modo que a porta de escape 47 é desligada da câmara de combustão (não mostrada) (a válvula de motor é fechada). Deste modo, a válvula de motor 43 abre e fecha em sincronização com a rotação do lobo de came 40. A haste de válvula 43A da válvula de motor 43 é inserida através da guia de válvula 45 que é ajustada por pressão na cabeça de cilindro 46, onde a haste de válvula 43A é lubrificada com óleo. Uma face de válvula 43B da válvula de motor 43, que serve como uma válvula de ligar/desligar a câmara de combustão (não mostrada), está em contato ou sem contato com a parte de sede 46A para a válvula de motor 43 da cabeça de cilindro 46 durante a operação. Enquanto a Figura 8 ilustra a porta de escape 47, o elemento deslizante da presente invenção é também aplicável a uma porta de admissão (não mostrada).

[070] O elemento deslizante descrito acima com a camada de revestimento, por exemplo, os elementos deslizantes descritos acima (1, 2, 3, 4) de acordo com a primeira à quarta modalidade, são aplicados sobre uma superfície de deslizamento 46a da parte de sede 46A para a válvula de motor da cabeça de cilindro, que é uma parte deslizante entre a cabeça de cilindro e a válvula de motor. Isso confere alta resistência à abrasão em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar uma alta propriedade de condução de calor. Além disso, a aplicação do elemento deslizante da presente invenção sobre uma cabeça de cilindro como a base permite projetar de forma flexível a forma de portas de escape e portas de admissão e expandir o diâmetro das válvulas de motor, o que pode melhorar o consumo de combustível, a potência de saída, o torque e similares dos motores.

[071] Embora não seja mostrado nos desenhos, o elemento deslizante descrito acima com a camada de revestimento, por exemplo, os elementos deslizantes de acordo com a primeira à quarta modalidade, também são aplicáveis, por exemplo, a uma ou a ambas as superfícies de deslizamento de uma haste de válvula e uma guia de válvula de contraparte, e/ou ao menos uma parte selecionada a partir do grupo que consiste da superfície de deslizamento de uma extremidade de haste de válvula, a superfície de deslizamento de uma face de válvula e a superfície de deslizamento de um sede de válvula encaixada por pressão. Isto pode conferir alta resistência à abrasão em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar uma alta propriedade de condução de calor.

[072] Isto é, é preferencial que a cabeça do cilindro da modalidade inclua o elemento deslizante das modalidades descritas acima na parte de sede de uma válvula de motor. Além disso, outro exemplo da cabeça de cilindro da modalidade inclui uma sede de válvula com o elemento deslizante das modalidades descritas acima, e é preferencial que o elemento deslizante esteja incluído na parte de sede para uma válvula de motor da sede de válvula. Além disso, é preferencial que a sede de válvula da modalidade inclua o elemento deslizante das modalidades descritas acima na parte de sede para a válvula de motor. Além disso, é preferencial que a válvula de motor da modalidade inclua o elemento deslizante das modalidades descritas acima na face de válvula. Além disso, é preferencial que outra válvula de motor da modalidade inclua o elemento deslizante das modalidades descritas acima na parte deslizante contra a guia da válvula.

Sexta Modalidade

[073] Em seguida, um elemento deslizante de acordo com uma sexta modalidade da presente invenção será descrito detalhadamente com relação aos desenhos. Os mesmos símbolos de referência são indicados nos mesmos componentes que as das modalidades descritas acima, e a sua descrição é omitida.

[074] A Figura 9 é uma vista esquemática transversal de um mecanismo de rolamento de um motor de combustão interna que inclui o elemento deslizante em um metal de rolamento do mecanismo de rolamento do mesmo. Para ser mais específico, a Figura 9 é uma vista esquemática transversal do metal de rolamento que serve como um elemento deslizante de uma haste de conexão. Como ilustrado na Figura 9, uma extremidade grande 60A da haste de conexão 60, que está localizada em uma manivela (não mostrada), é dividida em duas partes superior e inferior. Consequentemente, dois metais de rolamento divididos 62 para suportar um pino de manivela 61 estão dispostos na extremidade grande 60A.

[075] O elemento deslizante descrito acima com a camada de revestimento, por exemplo, os elementos deslizantes (1, 2, 3, 4) de acordo com a primeira à quarta modalidade descrita acima são aplicados às superfícies deslizantes 62a dos metais de rolamento 62. Isto confere alta resistência à abrasão em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar uma alta propriedade de condução de calor.

[076] Embora não mostrado nos desenhos, o elemento deslizante descrito acima com a camada de revestimento, por exemplo, os elementos deslizantes de acordo com as modalidades da primeira à quarta modalidade descritas acima, é também aplicável à superfície de deslizamento de dois metais de rolamento divididos para suportar um pino de pistão da haste de conexão, que está localizado em uma pequena extremidade no lado do pistão (não mostrado). Isso confere uma boa resistência à abrasão em alta temperatura. Além disso, também é vantajoso que as primeiras partículas de uma liga de cobre que endurece por precipitação possam assegurar uma alta propriedade de condução de calor.

[077] Isto é, é preferencial que o mecanismo de rolamento do motor de combustão interna da modalidade inclua o elemento deslizante das modalidades descritas acima em um metal de rolamento do mecanismo de rolamento do motor de combustão interna.

Sétima Modalidade

[078] Em seguida, um método para fabricaçar um elemento deslizante de acordo com uma sétima modalidade da presente invenção será descrito. O método para fabricar o elemento deslizante da modalidade é produzir o elemento deslizante da presente invenção, por exemplo, os elementos deslizantes de acordo com a primeira à quarta modalidade descritas acima. O método para fabricar o elemento deslizante inclui uma etapa de pulverizar um primeiro pó de uma liga de cobre que endure por precipitação ou um pó misto contendo o primeiro pó e um segundo pó mais duro do que o primeiro pó sobre uma base em um estado não fundido de modo a formar uma camada de revestimento na base, na qual a camada de revestimento inclui um agregado de partículas que contém as primeiras partículas da liga de cobre que endurece por precipitação ou um agregado de partículas que contém as primeiras partículas e as segundas partículas mais duras do que as primeiras partículas.

[079] Conforme descrito acima, a camada de revestimento, que inclui o agregado de partículas contendo as primeiras partículas da liga de cobre que endurece por precipitação ou o agregado de partículas contendo as primeiras partículas e as segundas partículas, é formada na base por pulverização do primeiro pó da liga de cobre que endurece por precipitação ou do pó misto que contém o primeiro pó e o segundo pó mais duro do que o primeiro pó, de preferência o primeiro pó ou o primeiro pó e o segundo pó, na base em um estado não fundido sem causar a precipitação de elementos aditivos a uma velocidade tal que forma uma parte plasticamente deformada em ao menos uma da base e da camada de revestimento. Em outras palavras, a camada de revestimento é formada por um método conhecido como pulverização cinética, pulverização a frio ou pulverização a quente. Isso pode formar eficientemente a camada de revestimento com boa resistência à abrasão em alta temperatura. No entanto, o elemento deslizante da presente invenção não está limitado aos produzidos por este método.

[080] Um método de fabricação mais específico será descrito em mais detalhes.

[081] Dos materiais descritos acima, o primeiro pó não está particularmente limitado e pode ser qualquer pó que se encontra em estado não fundido e é feito de uma liga de cobre que endurece por precipitação. Por exemplo, o primeiro pó está preferencialmente no estado de solução sólida supersaturada. Uma vez que o primeiro pó exibe alta ductibilidade, ou seja, alta deformabilidade, no estado de solução sólida supersaturada, é possível formar eficientemente a camada de revestimento e melhorar a formabilidade de filme. O pó no estado de solução sólida supersaturada não é particularmente limitado. Por exemplo, é preferencial utilizar pó obtido por solidificação rápida tal como atomização. Quando o primeiro pó colide com a base e similares, uma fase dura fina (fase de precipitação) é formada pela pressão causada pela colisão e o calor de atrito gerado pela diferença de velocidade de deformação entre o primeiro pó e a base e similares em achatamento das primeiras partículas. Como um resultado, a resistência da camada de revestimento é aumentada.

[082] No que diz respeito aos materiais, o segundo pó que contém um pó de liga, tal como um pó de liga à base de ferro, um pó de liga a base de cobalto, um pó de liga à base de cromo, um pó de liga à base de níquel ou um pó de liga à base de molibdênio ou um pó de cerâmica pode ser adicionado ao primeiro pó. Um segundo pó ou uma mistura adequada de dois ou mais segundos pós pode ser utilizada.

[083] O tamanho médio de partícula do primeiro pó e do segundo pó dos materiais não é particularmente limitado, mas, por exemplo, varia de preferência entre 5 μm a 40 μm, mais preferencialmente de 20 μm a 40 μm. Quando o tamanho médio de partícula é inferior a 5 μm, a baixa fluidez pode causar fornecimento insuficiente do pó. Quando o tamanho médio de partícula é superior a 50 μm, a velocidade da partícula insuficiente na formação de filme pode resultar em formação de filme imperfeita. Por exemplo, o “tamanho médio de partícula” pode significar o tamanho médio de partícula (d50) que é medido e calculado com um instrumento analítico de medição de distribuição de tamanho de partícula analítico. Além disso, o “tamanho de partícula” para medir e calcular o tamanho médio de partícula pode ser, por exemplo, a distância máxima entre dois pontos arbitrários no contorno do pó observado (em um plano de observação). No entanto, o “tamanho de partícula” não está limitado a esse e pode ser, por exemplo, o diâmetro de um círculo equivalente de pó observado (em um plano de observação). Alternativamente, o “tamanho médio de partícula” pode significar o tamanho médio de partícula (d50) que é medido e calculado com o instrumento de medição de distribuição de tamanho de partículas de espalhamento de difração a laser. No entanto, dever-se-ia entender bem que o tamanho de partícula não está limitado a esses intervalos e pode estar fora desses intervalos uma vez que os efeitos vantajosos da presente invenção podem ser obtidos.

[084] O pó é pulverizado de preferência a uma velocidade tão alta que faz com que o primeiro pó seja pulverizado sobre a base para formar uma parte plasticamente deformada em ao menos uma da base e da camada de revestimento. No entanto, a velocidade não é particularmente limitada. Por exemplo, a velocidade do pó varia de preferência de 300 m/s a 1200 m/s, mais preferencialmente de 500 m/s a 1000 m/s, ainda mais preferencialmente de 600 m/s a 800 m/s. A pressão do gás de operação fornecido para pulverização do pó varia preferencialmente de 2 MPa a 5 MPa, mais preferencialmente de 3,5 MPa a 5 MPa. Quando a pressão do gás de operação é inferior a 2 MPa, uma velocidade de pó suficiente não é alcançada, o que pode resultar em grande porosidade. No entanto, dever-se-ia entender bem que a velocidade e a pressão não estão limitadas a esses intervalos e podem estar fora dos mesmos, desde que os efeitos vantajosos da presente invenção possam ser obtidos.

[085] A temperatura do gás de operação não é particularmente limitada, mas, por exemplo, varia de preferência de 400° C a 800° C, mais preferencialmente de 600° C a 800° C. Quando a temperatura do gás de operação é inferior a 400° C, a resistência à abrasão pode diminuir devido à grande porosidade. Quando a temperatura do gás de operação é superior a 800° C, o bocal pode estar entupido. No entanto, dever-se-ia entender bem que a temperatura não está limitada a esses intervalos e pode estar fora dos mesmos desde que os efeitos vantajosos da presente invenção possam ser obtidos.

[086] O tipo do gás de operação não é particularmente limitado. No entanto, exemplos de gás de operação incluem nitrogênio, hélio e similares. Eles podem ser usados sozinhos ou em combinação de dois ou mais. Além disso, uma mistura de gás combustível e nitrogênio também pode ser utilizada.

[087] Após a camada de revestimento ser formada, o elemento deslizante pode ser envelhecido ou temperado a 250° C a 500° C durante 0,5 hora a 4 horas. Isto pode melhorar a resistência à abrasão em alta temperatura e a propriedade de condução de calor. Este envelhecimento ou têmpera também pode ser feito, por exemplo, utilizando calor a partir de uma câmara de combustão em um teste executado em uma inspeção que é conduzida após o motor ser montado.

Exemplos

[088] A seguir, a presente invenção será descrita em mais detalhes com exemplos. No entanto, a presente invenção não está limitada a estes exemplos.

Exemplo 1

[089] Apenas um pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni- 0,7Si, pó atomizado) foi preparado como o material.

[090] Uma base de alumínio pré-processada é preparada por pré- processamento de uma base de alumínio (Padrão industrial japonês H 4040 A5056) de acordo com uma condição de que a espessura alvo de uma camada de revestimento seja de 0,2 mm em uma parte de sede para uma válvula de motor de uma cabeça de cilindro em uma condição final.

[091] Em seguida, a base de alumínio foi montada em uma mesa rotativa, e o pó de liga foi pulverizado sobre a base de alumínio com um pulverizador a frio de alta pressão (PCS-1000, Plasma Giken Co., Ltd., gás de operação: nitrogênio, temperatura de 600° C, velocidade da partícula de 680 m/s a 720 m/s, pressão de 4 MPa) enquanto rotacionando a mesa rotativa, de modo a formar uma camada de revestimento com uma espessura de 0,4 mm a 0,5 mm na base.

[092] Depois disso, a camada de revestimento foi acabada por usinagem na forma real da parte de sede para a válvula de motor da cabeça de cilindro. O elemento deslizante do exemplo foi assim obtido. A espessura da camada de revestimento foi de 0,2 mm.

Exemplo 2

[093] O mesmo procedimento do Exemplo 1 foi repetido, excepto que um pó de liga de cobre-níquel-silício-vanádio-cromo (composição: Cu-14Ni-3Si-2V-2,2Cr- 1,4Fe-1,2Al, pó atomizado) foi utilizado ao invés do pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni-0,7Si, pó atomizado), de modo que o elemento deslizante do exemplo foi obtido.

Exemplo 3

[094] O mesmo procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que um pó misto contendo o pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni-0,7Si, pó atomizado) e um pó de liga à base de cobalto (TRIBALOY (marca registrada) T-400, Kennametal Stellite Inc.) na relação (relação em massa) de Cu-2,9Ni-0,7Si: TRIBALOY = 95:5 foi utilizado em vez do pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni -0,7Si, pó atomizado), de modo que o elemento deslizante do exemplo foi obtido.

Exemplo 4

[095] O mesmo procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que um pó misto contendo o pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni-0,7Si, pó atomizado) e um pó de liga à base de cobalto (TRIBALOY (marca registrada) T-400, Kennametal Stellite Inc.) na relação (relação em massa) de Cu-2,9Ni- 0,7Si:TRIBALOY = 85:15 em vez do pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni -0,7Si, pó atomizado), de modo que o elemento deslizante do exemplo foi obtido.

Comparação 1

[096] O mesmo procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que um pó de aço inoxidável (Padrão industrial japonês SUS316L) foi utilizado em vez do pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni-0,7Si, pó atomizado), de modo que o elemento deslizante da comparação foi obtido.

Comparação 2

[097] O mesmo procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que um pó de liga de cobre-ferro-manganês (composição: Cu-4Fe-4Mn) foi utilizado em vez do pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni-0,7 Si, pó atomizado), de modo que o elemento deslizante da comparação foi obtido.

Comparação 3

[098] O mesmo procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que um pó de liga de cobre-níquel (composição: Cu-30Ni) foi utilizado em vez do pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni-0,7Si, pó atomizado), de modo que o elemento deslizante da comparação foi obtido.

Comparação 4

[099] O mesmo procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que um pó de liga de cobre-estanho (composição: Cu-30Sn) foi utilizado em vez do pó de liga de cobre-níquel-silício (composição: Cu-2,9Ni-0,7Si, pó atomizado). No entanto, foi difícil formar a camada de revestimento. A especificação das amostras foi parcialmente mostrada na Tabela 1. A relação das primeiras partículas e das segundas partículas e a porosidade em uma seção transversal da camada de revestimento das amostras foram calculadas por múltiplas vezes de observação de uma imagem de microscópio eletrônico de varredura (SEM) de uma seção transversal da camada de revestimento e processamento de imagem para a imagem de seção transversal microscópica eletrônica de varredura (SEM), tal como binarização. A fase de precipitação das primeiras partículas das amostras foi especificada pela observação de uma imagem microscópica eletrônica de transmissão (TEM) de uma seção transversal da camada de revestimento e análise de raios-X por dispersão de energia (EDX). A presença ou ausência de uma camada intermediária e a presença ou ausência de uma parte plasticamente deformada em uma seção transversal dos elementos deslizantes das amostras foram determinadas pela observação de uma imagem microscópica eletrônica de varredura (SEM) de uma seção transversal da camada de revestimento e análise de raios-X por dispersão de energia (EDX). Em todos do Exemplo 1 ao Exemplo 4 e da Comparação 1 à Comparação 3, as partes plasticamente deformadas foram observadas na base e na camada de revestimento. Tabela 1

Avaliação de desempenho

[0100] Os seguintes desempenhos foram avaliados para os elementos deslizantes descritos acima das amostras.

Resistência à abrasão em alta temperatura

[0101] A Figura 10 é uma vista transversal que ilustra um testador de abrasão. Como ilustrado na Figura 10, o testador de abrasão que se assemelha a um mecanismo de atuação de válvula de um motor é fabricado a partir de partes atuais do motor, tal como uma mola de válvula 42, uma válvula de motor 43, uma vedação de haste 44, uma guia de válvula 45, uma cabeça de cilindro 46, 46’ e uma chaveta 49. Os elementos deslizantes (1, 2, 3, 4) das amostras foram aplicados como uma parte de sede 46A para a válvula de motor 43 da cabeça de cilindro 46. Os elementos deslizantes (1, 2, 3, 4) incluem as respectivas camadas de revestimento predeterminadas 20 nas bases 10. A válvula de motor 43 está aberta na figura. A válvula de motor 43 se move alternadamente na direção vertical como ilustrado pela seta Y na figura por meio de um came excêntrico (não mostrado) de modo que a válvula de motor 43 se abre e fecha repetidamente. A superfície de deslizamento 46a da parte de sede 46A para a válvula de motor 43 da cabeça de cilindro 46 está em um ambiente de alta temperatura por meio de uma chama F de um queimador de gás B. A temperatura da parte de sede 46A é medida com um termômetro T. A água de resfriamento W é circulada na cabeça de cilindro 46.

[0102] A quantidade de abrasão foi medida e calculada com o testador de abrasão descrito acima nas seguintes condições de teste. Especificamente, a forma da parte de sede para a válvula de motor da cabeça de cilindro foi determinada com um instrumento de medição de forma antes e após o teste. A quantidade de abrasão foi medida em quatro pontos, e a média destes foi calculada. Os resultados são apresentados na Tabela 2. Condições de Teste - Temperatura: 300° C (uma parte de sede para uma válvula de motor de uma cabeça de cilindro em uma porta de escape foi simulada). - Número de entradas: 540.000 vezes

Propriedade de condução de calor

[0103] A propriedade de condução de calor dos elementos deslizantes descritos acima das amostras foi avaliada medindo-se e calculando-se a condutividade térmica dos elementos deslizantes das amostras por meio de um método de flash a laser. Os resultados são apresentados na Tabela 2. (No entanto, a Comparação 2 e a Comparação 3 não foram medidas).

Capacidade de Formação de Filme

[0104] O pó das amostras foi pulverizado sobre uma base de alumínio de placa plana durante um certo período de tempo nas mesmas condições de formação que as camadas de revestimento das amostras. A quantidade de pó fornecido e a quantidade de pó não acoplado foram medidas, e a relação de adesão foi calculada a partir das mesmas. A capacidade de formação de filme foi assim avaliada. Os resultados são apresentados na Tabela 2. Tabela 2

[0105] Conforme observado na Tabela 1 e na Tabela 2, o Exemplo 1 ao Exemplo 4 da invenção exibiram uma quantidade de abrasão de 20% a 70% menor do que a Comparação 1 à Comparação 3 não inventiva e teve uma boa resistência à abrasão em alta temperatura.

[0106] Isto ocorre presumidamente porque a camada de revestimento do agregado de partículas contendo as primeiras partículas da liga de cobre que endurece por precipitação foi formada na base por pulverização do primeiro pó da liga de cobre que endurece por precipitação no estado do pó atomizado de solução sólida supersaturada em um estado não fundido na base em alta velocidade. Além disso, isso também ocorre presumidamente porque a liga de cobre que endurece por precipitação contém níquel e silício como elementos aditivos. Além disso, isso também ocorre presumidamente porque o agregado de partículas inclui uma fase de precipitação de silicato de níquel (Ni2Si) na superfície das primeiras partículas. Além disso, isto também ocorre presumidamente porque tanto a base quanto a camada de revestimento incluem uma parte plasticamente deformada. Além disso, isso também ocorre presumidamente porque a porosidade da camada de revestimento é igual ou inferior a 3% área. Além disso, isso também ocorre presumidamente porque o elemento deslizante inclui uma camada intermediária em ao menos uma parte da interface entre a base e a camada de revestimento.

[0107] Quando um elemento deslizante tem uma condutividade térmica de 30 W/m-K, considera-se que tenha uma alta propriedade de condução de calor. Consequentemente, como se observa na Tabela 1 e na Tabela 2, o Exemplo 1, o Exemplo 3 e o Exemplo 4 da invenção têm alta condutividade térmica e podem assegurar a alta propriedade de condução de calor. Isto ocorre presumidamente porque o primeiro pó é feito de uma liga de cobre que endurece por precipitação. Além disso, isso também ocorre presumidamente porque a porosidade da camada de revestimento é igual ou inferior a 3% área. O Exemplo 2 não tem uma condutividade de calor particularmente alta. No entanto, pode-se dizer que a propriedade de transferência de calor é alta, uma vez que o Exemplo 2 pode ser formado em um filme fino em comparação com elementos deslizantes de encaixe por pressão.

[0108] Como parece a partir da Tabela 1 e da Tabela 2, o Exemplo 1 e o Exemplo 2 da invenção, aos quais não é adicionado nenhum segundo pó, demonstram que os elementos deslizantes com alta resistência à abrasão em alta temperatura podem ser produzidos eficientemente com uma relação de adesão similar ou maior em comparação com a Comparação 1 à Comparação 3 não inventiva. Além disso, a Comparação 4 não inventiva teve dificuldade em formar uma camada de revestimento em comparação com o Exemplo 1 ao Exemplo 4 da invenção e a Comparação 1 à Comparação 3 não inventivas.

[0109] Conforme observado a partir da Tabela 1 e da Tabela 2, o Exemplo 3 e o Exemplo 4, aos quais o segundo pó do pó de liga à base de cobalto é adicionado, exibem uma quantidade de abrasão de 40% a 70% menor do que a Comparação 1 à Comparação 3 não inventiva e uma quantidade de abrasão ainda menor que do Exemplo 1, ao qual não é adicionado segundo pó. O Exemplo 3 e o Exemplo 4 têm uma resistência à abrasão ainda maior em alta temperatura.

[0110] Isto ocorre presumidamente porque a camada de revestimento do agregado de partículas contendo as primeiras partículas da liga de cobre que endurece por precipitação e as segundas partículas do pó de liga à base de cobalto foram formadas na base por pulverização do primeiro pó de liga de cobre que endurece por precipitação no estado de pó atomizado de solução sólida supersaturada em um estado não fundido e o segundo pó das partículas de liga à base de cobalto em um estado não fundido sobre a base em uma alta velocidade.

[0111] Conforme observado a partir da Tabela 1 e na Tabela 2, o Exemplo 4, ao qual é adicionada uma quantidade aumentada de segundo pó do pó de liga à base de cobalto, tem alta resistência à abrasão em alta temperatura em comparação com o Exemplo 3. Além disso, o Exemplo 4 pode assegurar a alta capacidade de condução de calor, embora a condutividade térmica seja ligeiramente inferior ao Exemplo 3. Atualmente, o Exemplo 3 é considerado o mais preferencial em termos da alta resistência à abrasão em alta temperatura, a alta propriedade de condução de calor e a produtividade em baixo custo devido à alta relação de adesão. Em termos de resistência à abrasão em alta temperatura, o Exemplo 4 é considerado o mais preferencial.

[0112] A Figura 11 é uma imagem transversal de microscópio eletrônico de varredura (SEM) em torno da interface entre a base 10 e a camada de revestimento 20 do elemento deslizante do Exemplo 4. A Figura 12 é um gráfico que ilustra o resultado de uma análise de raios-X por dispersão de energia (EDX) (análise linear) do elemento deslizante do Exemplo 4 ao longo da linha Z na Figura 11. O ponto P na Figura 11 e o ponto P na Figura 12 indicam a mesma localização. Na Figura 12, a posição de 0,0 μm corresponde à extremidade da linha Z na base 10 na Figura 11, e a posição 2,0 μm corresponde à extremidade da linha Z na camada de revestimento 20.

[0113] Como visto a partir da Figura 11 e Figura 12, o elemento deslizante inclui a base 10 de uma liga de alumínio e a camada de revestimento 20 de uma liga de cobre formada na base 10, e uma camada intermediária é formada entre a base 10 e a camada de revestimento 20. A camada intermediária é formada na posição aproximadamente de 0,75 μm a 1,31 μm. Além disso, as camadas de difusão são formadas na posição aproximadamente de 0,75 μm a 0,96 μm e a posição aproximadamente de 1,23 μm a 1,31 μm. As camadas de difusão têm uma estrutura de gradiente da composição. Na posição aproximadamente de 0,96 μm a 1,23 μm, a relação (relação atômica) de alumínio, magnésio e cobre é aproximadamente Al:Mg:Cu = 2:1:1, mostrando que uma camada de composto intermetálico é formada nesta posição.

[0114] Como descrito acima, o elemento deslizante tem uma alta resistência à abrasão em alta temperatura e alta propriedade de condução de calor, presumidamente porque inclui a camada intermediária que está localizada entre a base e a camada de revestimento e inclui ao menos uma de uma camada de difusão e uma camada de composto intermetálico. Além disso, o elemento deslizante tem uma alta resistência à abrasão em alta temperatura e alta propriedade de condução de calor também presumidamente porque inclui a camada intermediária que inclui uma camada de difusão com uma estrutura de gradiente da composição. Além disso, o elemento deslizante tem uma alta resistência à abrasão em alta temperatura e alta propriedade de condução de calor, presumidamente porque inclui a camada intermediária que inclui uma camada de composto intermetálico interposta entre as camadas de difusão com uma estrutura de gradiente da composição.

[0115] Embora a presente invenção seja descrita com algumas modalidades e exemplos, a presente invenção não está limitada a esses, e uma variedade de mudanças pode ser feita dentro do escopo da presente invenção.

[0116] Por exemplo, os componentes descritos nas modalidades e exemplos acima descritos não estão limitados às modalidades e exemplos individuais. Por exemplo, o tipo, a relação e as condições de formação de filme do primeiro pó e do segundo pó podem ser alterados. Além disso, os componentes de uma modalidade ou de um exemplo podem ser aqueles que não as combinações das modalidades e exemplos descritos acima. Lista de Referência 1, 2, 3, 4 Elemento deslizante 10 Base 10a Parte plasticamente deformada 20 Camada de revestimento 20a Parte plasticamente deformada 21 Agregado de partículas 23, 24 Primeiras partículas 24a Superfície 25 Precipitação 27 Segundas partículas 30 Camada intermediária 40 Lobo de came 41 Elevador de válvula 42 Mola de válvula 43 Válvula de motor 43A Haste de válvula 43a Superfície de deslizamento 43B Face de válvula 43b Superfície de deslizamento 44 Selo de haste 45 Guia de válvula 45a Superfície de deslizamento 46, 46’ Cilindro 46A Parte de sede 46a Superfície de deslizamento 47 Porta de escape 48 Retentor 49 Chaveta 60 Haste de conexão 60A Extremidade grande 61 Pino de manivela 62 Metal de rolamento 62a Superfície de deslizamento B Queimador de gás F Chama T Termômetro W Água de resfriamento

Claims

1. Elemento deslizante (1), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma base (10); uma camada de revestimento (20) formada na base (10); e uma camada intermediária (30) que é formada em ao menos uma parte de uma interface entre a base (10) e a camada de revestimento (20) e compreende ao menos uma camada de composto intermetálico, em que a camada de revestimento (20) inclui um agregado de partículas (21) contendo primeiras partículas (23) de uma liga de cobre que endurece por precipitação incluindo uma fase de precipitação (25) dentro de pelo menos uma parte das primeiras partículas (23).

2. Elemento deslizante (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de cobre que endurece por precipitação contém níquel e silício como elementos aditivos, e a fase de precipitação é uma fase de precipitação de silicato de níquel.

3. Elemento deslizante (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que ao menos uma da base (10) e da camada de revestimento (20) compreende uma parte plasticamente deformada (10a, 20a).

4. Elemento deslizante (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma porosidade em uma seção transversal da camada de revestimento (20) é igual ou inferior a 3% de área.

5. Elemento deslizante (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o agregado de partículas (21) contém segundas partículas (27) de ao menos uma partícula de liga selecionada a partir do grupo consistindo em partículas de liga à base de ferro, partículas de liga à base de cobalto, partículas de liga à base de cromo, partículas de liga à base de níquel e partículas de liga à base de molibdênio, e/ou segundas partículas (27) de partículas cerâmicas.

6. Elemento deslizante (1) de acordo com a reivindicalçao 1, CARACTERIZADO pelo fato do elemento deslizante (1) ser parte de um motor de combustão interna.

7. Método para fabricar um elemento deslizante (1) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma base (10); uma camada de revestimento (20) formada na base (10); e uma camada intermediária (30) que é formada em ao menos uma parte de uma interface entre a base (10) e a camada de revestimento (20) e compreende uma camada de composto intermetálico, em que a camada de revestimento (20) inclui um agregado de partículas (21) contendo primeiras partículas (23) de uma liga de cobre que endurece por precipitação incluindo uma fase de precipitação (25) ou um agregado de partículas (21) contendo as primeiras partículas (24) e segundas partículas (27) mais duras do que as primeiras partículas (24), o método compreendendo a etapa de: pulverizar um primeiro pó da liga de cobre que endurece por precipitação que não inclui uma fase de precipitação (25) ou um pó misto contendo o primeiro pó e um segundo pó mais duro do que o primeiro pó na base (10) em um estado não fundido, de modo a formar a camada de revestimento (20) na base (10), em que ao pulverizar o primeiro pó ou o pó misto na base (10), o primeiro pó ou o pó misto é pulverizado na base (10) em tal velocidade que faz o primeiro pó ser pulverizado na base (10) para formar uma parte plasticamente deformada (10a, 20a) em ao menos uma da base (10) e da camada de revestimento (20).

8. Método para fabricar o elemento deslizante (1), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro pó é material para pulverização e está em um estado de solução sólida supersaturada.

9. Método para fabricar o elemento deslizante (1), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro pó é um material para pulverização e é um pó solidificado.