BRPI0511582B1 - Leather, and, wear resistant powder - Google Patents
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Description
“LIGA, E, PÓ RESISTENTE AO DESGASTE” Campo da Invenção 1001] Esta invenção refere-se às ligas de cromo-molibdênio e aos pós de liga resistente ao desgaste fiteis para a deposição através de dispositivos de pulverização térmica. Os pós de liga resistente ao desgaste são úteis para formar revestimentos possuindo a mesma composição.
Fundamentos da Invenção [002] Metais e ligas de revestimento de superfície dura são conhecidos na técnica. Por exemplo, metal cromo tem sido usado como um revestimento eletrogalvânico por muitos anos para restaurar as partes desgastadas ou danificadas para as suas dimensões originais, para aumentar a resistência ao desgaste e à corrosão, e para reduzir a fricção. Revestimento duro de cromo por eletrogalvanízação possuí numerosas limitações. Quando a configuração da parte se toma complexa, a obtenção de espessura de revestimento uniforme por eletrodeposição é difícil. Uma espessura de revestimento não uniforme necessita de retificação para uma configuração de superfície acabada, que é tanto difícil quanto cara com o cromo eletrogalvânico por causa de suas dureza e fragilidade inerentes. A velocidade de deposição por eletrogalvanízação é relativamente lenta, e assim um investimento de capital substancial em equipamento de eletrogalvanízação é requerido. Muitas vezes é necessário aplicar um ou mais revestimentos de fundo, ou usar procedimentos caros de ataque por reativo químico e de limpeza de superfície para preparar os substratos. Disposição de banhos de eletrodeposição consumidos também aumenta significativamente o custo do processo. 1003] Um método alternativo de deposição de metal cromo é por pulverização de metal tal como com plasma, combustível de oxigênio de velocidade alta (HVOF) ou canhão de detonação. Este método permite que o revestimento seja aplicado em quase qualquer substrato metálico sem o uso de revestimentos de fundo. A espessura de revestimento pode ser controlada muito rigorosamente de modo que qualquer acabamento subseqüente pode ser mantido em um mínimo. Contudo, acabamento considerável pode ser requerido para certos revestimentos com resistência ao desgaste ajustada para aplicações específicas.
[004] Patente U.S. 3.846.084 descreve revestimentos feitos pelo processo de canhão de detonação ou plasma que são superiores ao revestimento eletrogalvânico duro de cromo em compatibilidade, características de fricção e resistência ao desgaste pela incorporação de uma dispersão de partículas de carbeto de cromo em uma matriz de cromo. Revestimentos deste tipo podem ser preparados a partir de misturas de pós. Contudo, há certas limitações para a qualidade de revestimentos feitos das mesmas. Revestimentos por plasma, HVOF e canhão de detonação resultam em uma estrutura de multicamadas de partículas lamelares delgadas sobrepostas ou “ripas”. Cada ripa é derivada de uma única partícula do pó usado para produzir o revestimento. Parece ser pouca, se houver, a combinação ou a formação de liga de duas ou mais partículas de pó durante o processo de deposição de revestimento.
[005] Patente U.S. 6.562.480 BI descreve um revestimento resistente ao desgaste para proteger uma superfície submetida ao contado deslizante com outra superfície tal como anéis de pistão e revestimentos de cilindro de motores de combustão interna. O revestimento resistente ao desgaste é aplicado por deposição HVOF de um pó que compreende uma mistura de cerca de 13 porcento em peso a cerca de 43 porcento em peso de uma liga de níquel-cromo, cerca de 25 porcento em peso a cerca de 64 porcento em peso de carbeto de cromo, e cerca de 15 porcento em peso a cerca de 50 porcento em peso de molibdênio.
[006] Patente U.S. 6.503.290 BI descreve um pó resistente à corrosão para deposição através de dispositivos de pulverização térmica. O pó compreende cerca de 30 a 60 porcento em peso de tungstênío, cerca de 27 a 60 porcento em peso de cromo, cerca de 1,5 a 6 porcento em peso de carbono, um total de cerca de 10 a 40 porcento em peso de cobalto mais níquel e impurezas incidentais mais agentes supressores de ponto de fusão. O pó resistente à corrosão é útil para formar revestimentos possuindo a mesma composição.
[007] Continua a existir uma necessidade de pós e revestimentos que possam ser depositados por dispositivos de pulverização térmica e que exibam excelente resistência ao desgaste e/ou à corrosão. Portanto, continua a haver uma necessidade para o desenvolvimento de pós novos e para a exploração de seu potencial para deposição por pulverização térmica de revestimentos resistentes à corrosão e ao desgaste. Portanto seria desejável na técnica a provisão de pós e de revestimentos que possam ser depositados por dispositivos de pulverização térmica e que exibam excelente resistência à corrosão e ao desgaste.
Sumário da Invenção [008] Esta invenção refere-se às ligas compreendendo cerca de 20 a 65 porcento em peso de cromo, cerca de 20 a 65 porcento em peso de molibdênio, cerca de 0,5 a 3 porcento em peso de carbono, e cerca de 10 a 45 porcento em peso de níquel. As ligas incluem carbetos (e opcionalmente nitretos) precipitados de cromo e de molibdênio intercalados em toda a liga. Esta invenção também se refere aos pós de liga resistente ao desgaste para deposição através de dispositivos de pulverização térmica. Os pós compreendem uma liga de cerca de 20 a 65 porcento em peso de cromo, cerca de 20 a 65 porcento em peso de molibdênio, cerca dc 0,5 a 3 porcento em peso de carbono, e cerca de 10 a 45 porcento em peso de níquel. Os pós de liga resistente ao desgaste são úteis para a formação de revestimentos possuindo a mesma composição.
Descrição Detalhada da Invenção [009] Como indicado acima, esta invenção refere-se aos pós de liga resistente ao desgaste úteis para deposição através de dispositivos de pulverização térmica tais como plasma, HVOF ou canhão de detonação* Os pós são feitos de ligas compreendendo cerca de 20 a 65 porcento em peso de cromo, cerca de 20 a 65 porcento em peso de molibdênio, cerca de 0,5 a 3 porcento em peso de carbono, e cerca de 10 a 45 porcento em peso de níquel. As ligas incluem carbetos precipitados e opcionalmente nitretos de cromo e de molibdênio intercalados em toda a liga, As ligas são úteis para formar pós e revestimentos resistentes ao desgaste possuindo a mesma composição.
[0010] As ligas aqui baseiam-se em uma concentração alta de cromo e de molibdênio para excelente resistência ao desgaste. Vantajosamente, as ligas contêm pelo menos cerca de 20 porcento em peso de cromo, preferivelmente pelo menos cerca de 30 porcento em peso de cromo* e com maior preferência pelo menos cerca de 35 porcento em peso de cromo. Pós contendo menos do que cerca de 20 porcento em peso de cromo podem exibir resistência ao desgaste inadequada para muitas aplicações. Níveis de cromo acima de cerca de 65 porcento em peso podem tender a diminuir a resistência ao desgaste do revestimento porque o revestimento pode se tornar muito quebradiço.
[0011 ] Similarmente, as ligas contêm pelo menos cerca de 20 porcento em peso de molibdênio, preferivelmente pelo menos cerca de 25 porcento em peso de molibdênio, e com maior preferência cerca de 30 ou 35 porcento em peso de molibdênio. Pós contendo menos do que cerca de 20 porcento em peso de molibdênio podem exibir resistência ao desgaste inadequada para muitas aplicações. Níveis de molibdênio acima de cerca de 65 porcento em peso podem diminuir a resistência ao desgaste do revestimento porque o revestimento pode ser tomar muito quebradiço.
[0012] Em uma modalidade desta invenção, as ligas compreendem cerca de 20 a 65, preferivelmente cerca de 30 a 60, e com maior preferência cerca de 35 a 55, porcento em peso de cromo; cerca de 20 a 65, preferivelmente cerca de 25 a 60, e com maior preferência cerca de 30 a 55, porcento em peso de molibdênio; cerca de 0,5 a 3, preferivelmente cerca de 1 a 2,5, e com maior preferência cerca de 1,5 a 2, porcento em peso de carbono; e cerca de 10 a 45, preferivelmente cerca de 15 a 35, e com maior preferência cerca de 20 a 35, porcento em peso de níquel. Estas ligas são úteis para formar revestimentos e pós resistentes ao desgaste possuindo a mesma composição.
[0013] Em outra modalidade desta invenção, as ligas compreendem cerca de 50 a 90, preferivelmente cerca de 60 a 80, e com maior preferência cerca de 65 a 75, porcento em peso de cromo e molibdênio; cerca de 0,5 a 3, preferivelmente cerca de 1 a 2,5, e com maior preferência cerca de 1,5 a 2, porcento em peso de carbono; e cerca de 10 a 45, preferivelmente cerca de 15 a 35, e com maior preferência cerca de 20 a 35, porcento em peso de níquel. Estas ligas são úteis para formar revestimentos e pós resistentes ao desgaste possuindo a mesma composição.
[0014] A concentração de carbono controla as propriedades de dureza e de desgaste dos revestimentos formados com os pós. Um mínimo de 0,5 porcento em peso de carbono pode ser necessário para conferir dureza adequada aos revestimentos. Se o carbono ultrapassar cerca de 3 porcento em peso, a temperatura de fusão do pó poderá se tomar muito alta e poderá ser muito difícil a atomização do pó.
[0015] Em outra modalidade desta invenção, cobalto pode ser incluído nas ligas, pós e revestimentos. Os pós podem conter cerca de 10 a 45, preferivelmente cerca de 15 a 35, e com maior preferência cerca de 20 a 35, porcento em peso de níquel mais cobalto. Isto pode facilitar a fusão da combinação de cromo / molibdênio / carbono que, se deixada sozinha, formaria carbetos possuindo temperaturas de fusão muito altas para atomização. O aumento da concentração de cobalto e níquel também pode tender a aumentar a eficiência de deposição para a pulverização térmica do pó. Devido ao fato de os níveis de níquel mais cobalto acima de cerca de 45 porcento em peso poderem tender a amolecar o revestimento e limitar a resistência ao desgaste do revestimento, a concentração total de níquel mais cobalto pode ser melhor mantida abaixo de cerca de 45 porcento em peso. Em adição, as ligas podem conter apenas níquel ou cobalto porque os revestimentos com apenas níquel (por exemplo, cerca de 10 a 45 porcento em peso de níquel) ou apenas cobalto (por exemplo, cerca de 10 a 45 porcento em peso de cobalto) podem formar pós com resistência ao desgaste ajustada para aplicações específicas. Mas para a maioria das aplicações, cobalto e níquel parecem ser intercambiáveis.
[0016] Em outra modalidade desta invenção, boro, silício e/ou manganês podem ser incluídos nas ligas, pós e revestimentos. As ligas podem conter cerca de 0,5 a 3, preferivelmente cerca de 1 a 2,5, e com maior preferência cerca de 1,5 a 2, porcento em peso de carbono mais boro, silício e/ou manganês. Para facilitar a fusão para atomização, as ligas podem conter opcionalmente agentes supressores de ponto de fusão tais como boro, silício e manganês. Uma quantidade excessiva de agentes supressores de ponto de fusão tende a diminuir a resistência tanto à corrosão quanto ao desgaste.
[0017] Como indicado acima, as ligas incluem carbetos (e opcionalmente nitretos) precitados de cromo e de molibdênio intercalados em toda a liga. As ligas podem conter uma fração volumar dos carbetos e opcionalmente dos nitretos precipitados acima de 0,25. Preferivelmente, a fração volumar dos carbetos precipitados e opcionalmente dos nitretos dispersados nas ligas pode ser 0,25 ou maior e com maior preferência entre 0,35 e 0,80. Preferivelmente, os grãos de carbeto e opcionalmente de nitreto precipitados podem ser de tamanho micrométrico e submicrométrico, por exemplo, estar entre 0,5 ou menos e 20 micrômetros, com maior preferência entre 1 e 10 micrômetros em suas dimensões maiores. O tamanho e a fração volumar dos carbetos e opcionalmente dos nitretos precipitados podem ser ajustados pela variação do conteúdo de cromo, de molibdênio e de carbono.
[0018] As ligas desta invenção podem ser misturadas com molibdênio para formarem pós com resistência ao desgaste ajustada para aplicações específicas. A quantidade de molibdênio que pode ser misturada com as ligas desta invenção não é estreitamente crítica e pode variar de cerca de 10 a 50, preferivelmente cerca de 15 a 45, e com maior preferência de cerca de 20 a 40, porcento em peso da composição total de mistura de liga/molibdênio. A quantidade de molibdênio misturada é em adição à quantidade de molibdênio da liga. A quantidade de molibdênio misturada dependerá da aplicação desejada.
[0019] Vantajosamente, os pós desta invenção podem ser produzidos por meio de atomização com gás inerte de uma mistura de elementos nas proporções aqui enunciadas. Métodos de atomização preferidos que podem ser empregados na preparação de pós desta invenção são descritos na Patente U.S. 5.863.618, cuja descrição é aqui incorporada como referência. As ligas destes pós são tipicamente fundidas em uma temperatura de cerca de 1.600°C e então atomizadas em uma atmosfera apropriada (por exemplo, argônio, hélio ou nitrogênio). Mais vantajosamente a atmosfera é argônio. Uma atmosfera de nitrogênio pode ser empregada a qual pode resultar na formação de fases duras adicionais intercaladas em toda a liga, por exemplo, nitretos. Como indicado acima, para facilitar a fusão para atomização, a liga pode conter opcionalmente agentes supressores de ponto de fusão como boro, silício e manganês.
[0020] Altemativamente, sinterização e trituração, sinterização e secagem por pulverização, sinterização e densificação de plasma são métodos possíveis para a preparação de pós. Contudo atomização com gás representa o método mais efetivo para a fabricação de pó. Técnicas de atomização com gás produzem tipicamente um pó possuindo uma distribuição de tamanhos de cerca de 1 a 500 micrômetros. Para aplicações de pulverização térmica, o pó é classificado para um tamanho de cerca de 1 a 100 micrômetros.
[0021] Revestimentos podem ser produzidos usando as ligas desta invenção por uma variedade de métodos bem conhecidos na técnica. Estes métodos incluem pulverização térmica (plasma, HVOF, canhão de detonação, etc,),, revestimento a laser; e arco transferido de plasma (PTA). A pulverização térmica é um método preferido para a deposição de pós para formar os revestimentos desta invenção. Os pós de liga resistente ao desgaste desta invenção são úteis para formar revestimentos possuindo a mesma composição.
[0022] Os pós de liga desta invenção são úteis para formar revestimentos ou objetos possuindo excelentes propriedades de desgaste, por exemplo, revestimentos resistentes ao desgaste para proteger superfícies submetidas ao contato deslizante com outras superfícies tais como anéis de pistão e revestimentos de cilindros de motores de combustão interna.
[0023] Os exemplos que seguem são intencionados como uma ilustração de certas modalidades preferidas da invenção, e não é implicada qualquer limitação da invenção.
Exemplo 1 [0024] Os pós de liga listados na Tabela I foram preparados pelo processo igual àqueles descritos em Patente U.S. 5.863.6IS.
Tabela I
[0025] Outras variações e modificações desta invenção serão óbvias para aquelas pessoas experientes na técnica. Esta invenção não é limitada exceto como descrita nas reivindicações.
REIVINDICAÇÕES
Claims (12)
1. Liga, caracterizada pelo fato de que compreende 35 a 55 porcento em peso de cromo, 20 a 40 porcento em peso de molibdênio, 0,5 a 3 porcento em peso de carbono e 20 a 35 porcento em peso de níquel.
2. Liga de acordo com a reivindicação I, caracterizada pelo fato de que compreende ainda cobalto, e em que a quantidade combinada de níquel e cobalto está entre 20 e 45 porcento em peso.
3. Liga de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda boro, silício e/ou magnésio, em que a quantidade combinada de carbono, boro, silício e manganês está entre 0,5 e 3 porcento em peso.
4. Liga de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda carbetos precipitados e opcional mente nitretos de cromo e de molibdênio intercalados em toda a liga.
5. Liga de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a fração volumar dos carbetos precipitados e opcionalmente nitretos intercalados em toda a liga é de 0,25 ou maior.
6. Liga de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o tamanho dos carbetos e opcional mente dos nitretos precipitados está entre 0,5 e 20 micro metros em suas dimensões maiores.
7. Pó resistente ao desgaste útil para deposição através de dispositivos de pulverização térmica, caracterizado pelo fato de que compreende uma liga como definida na reivindicação 1.
8. Pó resistente ao desgaste de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a liga compreende ainda cobalto, e em que a quantidade combinada de níquel e cobalto está entre 20 a 45 porcento em peso.
9. Pó resistente ao desgaste de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de compreender ainda boro, silício e/ou manganês, e em que a quantidade combinada de carbono, boro, silício e manganês está entre 0,5 e 3 porcento em peso.
10. Pó resistente ao desgaste de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que compreende ainda carbetos precipitados e opcionalmente nitretos de cromo e de molibdênio intercalados em toda a liga.
11. Pó resistente ao desgaste de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a fração volumar dos carbetos precipitados e opcionalmente nitretos dispersados em toda a liga é de 0,25 ou maior.
12. Pó resistente ao desgaste de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o tamanho dos carbetos e opcionalmente nitretos precipitados está entre 0,5 e 20 micrômetros em suas dimensões maiores.
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