BRPI0808862B1 - peça de brasagem autofluxante, componente, métodos de fabricar uma peça ou um componente e uma junta brasada, e, junta brasada - Google Patents

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“PEÇA DE BRASAGEM AUTOFLUXANTE, COMPONENTE, MÉTODOS DE FABRICAR UMA PEÇA OU UM COMPONENTE E UMA JUNTA BRASADA, E, JUNTA BRASADA” [001] A invenção diz respeito a uma peça de brasagem, a um método de fabricar uma peça de brasagem e a um método de brasar, bem como componentes fabricados a partir das ditas peças de brasagem.

[002] Brasagem é um processo de ligação metálica termicamente induzida que ocorre abaixo do ponto de fusão dos metais a ser unidos, com a introdução de uma liga de carga de menor ponto de fusão entre eles na junta. O processo envolve inúmeros processos metalúrgicos e químicos que ocorrem tanto na superfície quanto no interior dos materiais. Por exemplo, boa molhação e espalhamento do metal de adição fundido na superfície são necessários e determinam se a ação de capilaridade ocorrerá. Fluxo capilar é o princípio físico dominante que garante uma boa brasagem em uma junta insuficientemente espaçada, desde que o metal de adição fundido molhe ambas as superfícies que devem ser unidas. O fluxo capilar é afetado pela presença de filmes de óxidos, rugosidade superficial e a condição e propriedades da atmosfera de brasagem.

[003] Brasagem de alumínio e suas ligas é particularmente difícil em virtude de se formar um filme de óxido na superfície quando exposta ao ar. A ação de barreira do filme de óxido no alumínio prejudica a molhagem e inibe o fluxo capilar. Para permitir um contato íntimo entre o metal de enchimento e o metal base é necessário romper o óxido, por exemplo, pelo uso de um sal inorgânico que age como um fluxo. Uma atmosfera de brasagem inerte sem oxigênio e vapor d'água é necessária para impedir reoxidação do metal de adição fundido e oxidação do próprio fluxo. Isto é conseguido por brasagem sob nitrogênio ou usando um vácuo.

[004] Um campo onde a brasagem de partes de alumínio é empregada é na fabricação de trocadores de calor, por exemplo, para uso em radiadores, condensadores, evaporadores, refrigeradores de óleo, refrigeradores de ar de carga e refrigeradores de combustível automotivos, e em trocadores de calor estacionários.

[005] GE1438955 revela um método de brasar alumínio, que é comercializado pelo processo patenteado tal como Nocolok (marca registrada). Uma folha de alumínio a ser brasada tem metal de enchimento da superfície que reveste uma ou ambas as faces. O núcleo é alumínio não ligado e o revestimento superficial é uma liga eutética de alumínio e silício. Alumínio 12 % em peso de silício é uma liga eutética com um ponto de fusão de 577 °C. O ponto de fusão do alumínio não ligado é significativamente maior que 660 °C. A camada superficial, portanto, forma um material de solda ou metal de enchimento mais duro por meio do que componentes feito de tal folha de brasagem podem ser unidos uns nos outros. Na operação de brasagem, dois tais componentes são postos em contato e submetidos a uma temperatura na qual a camada superficial se funde sem fundir o núcleo. Um fluxo é necessário, e a GB 1438955 revela tomar uma mistura de pó de fluoreto de potássio (KF) e fluoreto de alumínio (A1F3) mais fina que 75 mícrons. Para preparar para brasagem, este material é enlameado com água e aplicado na superfície a ser brasada. A brasagem é então conduzida em um forno de brasagem a uma temperatura de cerca de 600 °C. A fusão de metal de adição e fluxo e uma boa junta brasada podem ser feitos.

[006] Em uso comercial, brasagem usando esta técnica é realizada em uma atmosfera inerte de nitrogênio através de um forno de túnel contínuo.

[007] Uma desvantagem desta abordagem é o tempo consumido e o comprimento da linha exigido. Leva-se tempo para aplicar e secar a lama de fluxo, e certamente grande parte da linha de processamento pode ser absorvida apenas com esses dois estágios. Também, por causa da maneira de aplicar o fluxo, a quantidade de fluxo por unidade de área pode variar entre lotes de produtos, e é também difícil garantir que o fluxo penetre nos lugares que podem ser de difícil acesso. Uma quantidade insuficiente de fluxo resultará em brasagem imperfeita, enquanto uma quantidade muito grande de fluxo não somente aumentará os custos de processamento, mas também pode resultar em problemas tais como fluxo residual na junta brasada, que prejudica a aparência da junta e pode interferir em qualquer processamento superficial subsequente. No geral, entretanto, é necessário usar fluxo em excesso para garantir que todas as áreas sejam brasadas com sucesso. Existe também o problema de poluição do forno de brasagem pelo fluxo em excesso que cai das peças a ser brasadas. Além disso, nem todos os componentes de um trocador de calor precisam ser revestidos com uma liga de brasagem. Por exemplo, um radiador é normalmente constituído por tubos revestidos e aletas não revestidas. Quando se realiza a aplicação de fluxo do radiador usando uma lama antes da brasagem em um forno, todas as superfícies ficam cobertas com um fluxo, e não somente as superfícies de revestimento por brasagem. Isto dá um consumo de fluxo desnecessariamente grande.

[008] Uma abordagem usada por Sandvik Osprey foi eliminar a necessidade de uma folha de brasagem de alumínio que tem o revestimento superficial pelo uso de tecnologia de partículas. Assim, em seu pedido de patente internacional W094/17941, é revelado um método de produzir material em pó revestido com fluxo. No seu pedido de patente internacional anterior W092/15721, é revelada a formação de aspersão usando duas ou três aspersões, na qual cada uma das aspersões usa o mesmo material de alimentação de liga de metal fundido. Em W094/17941, uma aspersão é de liga de alumínio silício, e uma outra aspersão é um de uma mistura de partículas de fluoreto de potássio e fluoreto de alumínio. As partículas fazem contato com gotículas de liga atomizadas e se fundem para formar um revestimento, ou revestimento parcial, nas gotículas de liga, solidificando como pó revestido e, portanto, provendo uma mistura íntima relativa de liga e fluxo, embora uma proporção de partículas de fluxo e gotículas de liga solidificadas permaneça como partículas separadas, já que não existe contato durante o processo, e tais partículas separadas de fluxo não se fundem durante o processo e coleta.

[009] A fim de brasar com este material, pode-se utilizar uma peça de alumínio não revestida, na qual o pó é aplicado em um meio carreador contendo um aglutinante para aderir o pó na posição ou posições desejadas. Na temperatura de brasagem, o pó eutético de alumínio silício se funde e o revestimento age como um fluxo para romper a camada de óxido na peça de alumínio não revestido, permitindo o contato imediato com o eutético fundido, de maneira que uma junta brasada possa ser formada.

[0010] A maior desvantagem desta técnica é a necessidade de remover o aglutinante antes do início da fusão tanto do fluxo quanto do metal de adição. Caso isto não ocorra, pode-se obter uma junta brasada mal formada. No caso de trocadores de calor, em virtude de sua natureza, os trocadores de calor têm superfícies internas contidas que não podem ser brasadas facilmente pelo sistema de partículas e aglutinante, já que os produtos da decomposição do aglutinante não podem ser liberados para a atmosfera e removidos.

[0011] Embora este método de pó revestido elimine a necessidade de produzir revestimento de tira de alumínio com uma liga de brasagem de alumínio silício de baixo ponto de fusão, etapas de processamento adicionais são ainda necessárias para revestir as partes de alumínio a ser brasadas com o pó revestido de fluxo. Pode ser difícil aplicar o pó uniformemente nas partes a ser brasadas. O processo de aplicar o pó nas juntas brasadas pode apresentar um perigo para a saúde. O pó pode também dificultar localizar precisamente a posição de partes a ser unidas, tais como tubos de trocadores de calor de alumínio e aletas de ventilação, por causa do espaço ocupado pelo pó.

[0012] Existem diversas abordagens para fabricar produtos de brasagem pela mistura de pós. Por exemplo, em EP552667, existe um retomo para um arranjo no qual uma placa de núcleo tem revestimento superficial. O material que forma o revestimento é referido nos pedidos de patente como "agente de brasagem". Para formar o agente, uma mistura de diferentes pós é combinada. Os pós são: um pó de alumínio de 99,5 % de pureza, um pó de silício, um pó de zinco, um pó de estanho, um pó de índio e um pó fluxo de fluorita que é uma composição eutética de KF e A1F3. Os pós a base de metais têm um diâmetro médio de 44 mícrons ou menos de tamanho, enquanto os pós de fluxo têm um diâmetro médio de 30 mícrons. Depois da mistura, os pós são colocados em um vácuo a 500 °C a fim de desgaseificar os pós pela remoção de umidade e hidrogênio. Subsequentemente, o lote de pó é aquecido a 480 °C e submetido ao processo de prensagem a quente. O bloco resultante é então extrudado a quente a 500 °C. O pedido de patente descreve bons resultados para a capacidade de brasagem que são conseguidos com um teor de pó de silício de 5 ou 10 % em peso e um teor de fluxo de 5, 8 ou 10 % em peso. A capacidade de brasagem é testada no pedido de patente montando um corpo de prova em uma placa de suporte formada de liga de alumínio JIS-A3003 e aquecendo a 600 a 620 °C por dez minutos em gás nitrogênio. Fluxo adicional de Nb foi adicionado.

[0013] FR2855085 também revela prensagem isostática a quente de uma mistura de pó, neste caso fluxo criolita 10 % em peso com um tamanho de partícula ante 1 micro e 10 mícrons, o restante sendo uma mistura consistindo em 98 % em peso de zinco e 2 % em peso de alumínio, ambos com um tamanho de partícula entre 50 e 300 mícrons. O pó misturado é prensado a quente a 350 °C a uma pressão de 1.200 bars por três horas. Nas reivindicações do pedido, sugere-se que a barra resultante possa ser trabalhada, por exemplo, por laminação.

[0014] US6.164.517 revela a produção de um material de brasagem em forma de anel sem costura. Um pó de uma liga de adição, Al 10 % em peso Si, é pega e misturada com pó de A1F3 e pó de KF na proporção de 80:20 de pó de liga para pó do material formador do fluxo. O pó misturado é prensado à temperatura ambiente e então aquecido a 400 °C em um queimador de atmosfera redutora e extrudado a quente para formar um tubo. O tubo é então dividido para prover peças de brasagem em forma de anel sem costura de 1,6 mm de largura.

[0015] Os pós de metal e fluxo da mistura junto com consolidação subsequente apresenta diversas desvantagens inerentes. Essas incluem: (i) Os pós misturados nas revelações supramencionadas são de diferentes tamanhos médios, distribuição de tamanho ou gravidades específicas que, como está bem documentado na tecnologia de metalurgia do pó, dificulta prover com sucesso uma mistura uniforme sem alguma segregação dos pós de diferentes composições; além disso, a distribuição do fluxo no estado compactado será limitada pelo tamanho dos pós de metal usados. (ii) Moagem é algumas vezes usada para superar os problemas inerentes na mistura de pós, entretanto, isto tem outras desvantagens significativas em que a captação de óxido é muito excessiva e a laminação de pós a base de alumínio pode ser extremamente perigosa. Adicionalmente, o trabalho mecânico de fluxo pode levar à degradação do fluxo. (iii) Alumínio é um metal extremamente reativo e tal pó durante o tempo extensivo exigido para sua produção e processamento inevitavelmente formarão um filme de óxido na sua superfície. Onde pó é subsequentemente consolidado, por exemplo, por prensagem a quente ou prensado isostaticamente a quente (HIP), este óxido será incorporado no produto final. Isto aumenta a exigência de fluxo na operação de brasagem final ou reduz a atividade de molhagem do produto final para um dado teor de fluxo. Note, Pechiney, no seu pedido no 2nd Int Conf on Spray Forming, 1993- "High stiffness and fatigue strength Al-Si-Fe base alloys produced by the Osprey route", indica teores de oxigênio para um produto formado por aspersão de 140 ppm versus 1.200 ppm para a liga idêntica fabricada na forma de um pó e 5 ppm para uma liga fundida com resfriamento direto (RD) similar. (iv) o óxido (junto com a necessidade de fluxo extra) mencionado na US6.164.517, toma o produto mais frágil, que reduz o escopo para o trabalho mecânico subsequente. (v) pó de alumínio é também propenso a captação de umidade e hidrogênio e, conseqüentemente, isto é o motivo pelo qual desgaseificação prolongada de um pó misturado e enlatado misturado é necessário antes da consolidação por prensagem a quente ou formação da junta. (vi) as muitas operações do processo exigidas na produção de pó e subsequente desgaseificação e consolidação toma tais processos complexos, caros, de altíssimo consumo de energia e, portanto, não competitivos e ambientalmente não atrativos. (vii) No caso em que pós elementares são usados, por exemplo, EP552567 supramencionado, o tamanho das partículas de silício permanecerá substancialmente similar ao tamanho do pó adicionado (isto é, 40 mícrons) na folha de brasagem.

[0016] A fim de superar diversos dos problemas associados com a mistura e consolidação de pó e prover um método de fabricação mais econômico, é revelada uma técnica na patente JP7001185 anterior na qual uma liga de alumínio e silício fundida é solidificada naturalmente até um estado semifundido, no qual pó fluxo é adicionado, a mistura semifundida é agitada e subsequentemente resfriada e solidificada naturalmente. Embora uma abordagem como esta possa representar uma melhoria em alguns aspectos em relação a técnicas de mistura e consolidação de pó, o produto solidificado apresentará as características típicas de uma peça fundida e um produto solidificado de forma relativamente lenta. Por exemplo, a fase Si solidificada primária será relativamente grosseira, parcialmente acicular na forma e macrossegregada, todas características prejudiciais à trabalhabilidade a quente subsequente. Além disso, o pó de fluxo que fundirá ao ser adicionado na liga de alumínio silício semifundida tentará se separar da liga de alumínio e silício por causa de sua insolubilidade, imiscibilidade e diferença de densidade, e tal separação levará ao aumento de tamanho da fase fluxo frágil durante solidificação lenta, novamente conferindo ao produto baixas características de trabalhabilidade a quente. Adicional mente, a obtenção de uma mistura homogênea será muito difícil. Embora a agitação do metal semifundido ajude um pouco, está bem documentado que a agitação de liga fundida (isto é, em processos de reofundição e tixofomação) é limitada a uma certa fração volumétriea de liga fundida abaixo da qual a agitação toma-se extremamente difícil à medida que a viscosidade do banho líquido aumenta. A agitação pode também resultar em incorporação de óxido no produto.

[0017] De acordo com um aspecto da presente invenção, é provida uma peça de br as agem autofiuxante, a peça compreendendo um material compósito formado por aspersão compreendendo pelo menos um material inorgânico distribuído em uma matriz de metal ou liga metálica, o material inorgânico, ou materiais inorgânicos, formando um fluxo durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida.

[0018] Acredita-se que. durante a brasagem, o material inorgânico seja liberado do material compósito, vantajosa mente facilitando a ruptura do óxido superficial da interface óxido-metal, e que o metal de adição fundido então envelope o óxido fragmentado, promovendo a rápida formação de uma ligação metálica termicamente induzida adjacente às superfície cm contato.

[0019] O teor de oxigênio da matriz é preferivelmente não mais que 350 ppm ou conveniente mente não mais que 250 ppm em peso. Preferivelmente, adicionalmente, o teor de oxigênio da matriz não é mais que 100 ppm, mais preferivelmente ele pode ainda ser menor que 50 ppm. O teor de oxigênio geral da peça depende substancialmente do teor contido no material inorgânico antes de sua introdução na matriz. De forma importante, o teor de oxigênio geral será substancialmente menor que o produzido pela mistura de pós de metais com um material inorgânico por causa da alta área superficial inerente de pós de metais, particularmente quando eles contêm elementos reativos, tal como alumínio. O baixo teor de oxigênio geral também reduz substancialmente a exigência de material inorgânico e esses dois fatores melhoram bastante a ductilidade do material compósito, tomando-o mais fácil de resfriar e de trabalhar a frio.

[0020] O metal ou liga metálica pode ser qualquer metal ou liga metálica adequada, mas, em uma modalidade preferida, é alumínio ou liga de alumínio. A matriz é preferivelmente uma liga de brasagem e pode ter alumínio com o constituinte principal, e silício pode ser um outro constituinte principal. O teor de silício pode ser de 5 a 15 % em peso e/ou pode ser 6 ou 6,8 a 13 % em peso, ou pode ser 10 a 12 % em peso, ou pode ser 11 a 12 % em peso. Liga de alumínio e silício forma um eutético nesta faixa e, conseqüentemente, tem uma menor temperatura de fusão. Outras faixas adequadas são Al 6,8 a 8,2 % em peso Si (AA4343), Al 9 a 11 % em peso Si (AA4045) e Al 11 a 13 % em peso Si (AA4047). Outras adições de liga podem estar presentes para melhorar as propriedades da junta brasada subsequente.

[0021] Todo ou qualquer material inorgânico pode ser qualquer material adequado para formar um fluxo durante brasagem. Em uma modalidade preferida, um fluxo de fluoreto de potássio e alumínio é provido como o material inorgânico, ou dois ou mais materiais inorgânicos são providos que, durante a brasagem, formam um fluxo de fluoreto de potássio e alumínio. Em uma outra modalidade preferida, um material de fluoraluminato de potássio é provido como o material inorgânico ou dois ou mais materiais inorgânicos são providos, que, durante a brasagem, formam um fluxo de fluoraluminato de potássio. Todo ou qualquer material inorgânico ou o material resultante de todo ou qualquer material inorgânico durante a brasagem pode convenientemente ser não metálico, pode ser iônico e pode ser um sal, tal como um sal de fluoraluminato de potássio.

[0022] Surpreendentemente, durante o aquecimento natural ao ar, observou-se que o sal reagiu com oxigênio para formar óxidos. Isto foi visto como um ganho de massa na análise por Calorimetria De Varredura Diferencial (DSC) de amostras de sal puro, ver figura 8, no caso do compósito formado por aspersão, o sal é completamente encerrado em uma matriz de alumínio do momento da deposição até a refusão durante a operação de brasagem, o sal é protegido de oxidação e hidratação. Em uma mistura de pó antes da compactação e densificação, a porosidade aberta é substancial e o oxigênio na atmosfera tem acesso ao interior do corpo. Esta oxidação do sal é prejudicial para a atividade do fluxo subsequente. O sal no material compósito formado por aspersão é protegido do efeito adverso de exposição ao ar mediante aquecimento, e também não tem nenhum óxido interno substancial para combater. A ação do fluxo é assim mantida até um momento al que o sal se funda, é liberado de dentro do compósito, rompe o óxido e espalha na superfície.

[0023] O material compósito pode ter um teor de material inorgânico de 0,2 a 10 % em peso. O material compósito preferivelmente tem um teor de material inorgânico de pelo menos 0,9 % em peso, mais preferivelmente pelo menos 1,2 % em peso. O material compósito preferivelmente te um teor de material inorgânico de não mais que 5 % em peso, mais preferivelmente não mais que 4 % em peso. Em uma modalidade particularmente preferida, o material compósito tem um teor de material inorgânico de cerca de 2 a 3 % em peso. Se não houver sal suficiente no material compósito, então a qualidade da junta é afetada, ou certamente nenhuma junta será formada. Se houver muito material inorgânico no material compósito, então ele não será mais suficientemente dúctil para aceitar trabalho mecânico subsequente, que é importante na maioria dos contextos.

[0024] O material compósito formado por aspersão será caracterizado pelas fases rapidamente solidificadas não macrossegregadas de silício e alumínio, em que a fase Si primária pode apresentar um tamanho médio de menos de 1 mícron e um tamanho máximo de menos de 5 mícrons, com a fase sal inorgânica rapidamente solidificada sendo distribuída em uma faixa de tamanho muito pequena, muito maior que a do material inorgânico ou materiais inorgânicos injetados com tamanhos típicos na faixa de 5-15 mícrons, tal compósito pode incluir partículas de sal extremamente finas de menos de 1 micros de tamanho e uma fase microssegregada com partículas de até 200 mícrons de tamanho correspondendo às últimas partes do compósito a se solidificarem. As imagens nas figuras 3, 4, 5, 6, 7, 9 e 10 representam alguns aspectos da microestrutura das modalidades do material de acordo com a presente invenção. Indicações anteriores são de que modalidades mostram uma distribuição log normal bimodal.

[0025] Os tamanhos de partícula de Si em materiais compósitos formados por aspersão são muito menores do que aqueles obtidos usando fundição, incluindo processo de lingotamento com resfriamento direto ou reofundição, ver figuras 9 e 10. Um pequeno tamanho de partículas de Si é benéfico na provisão de fusão rápida no material de revestimento de brasagem e escoamento eficiente do banho fundido para os respectivos locais de junta. As pequenas partículas de Si podem ser obtidas sem adição de substâncias modificadoras, por exemplo, pequenas partículas de Si no material, que podem ser de menos de 10 mícrons de diâmetro, preferivelmente menos de 5 mícrons, mais preferivelmente menos de 3 mícrons, são também benéficas em produtos muito finos com pouco revestimento; pequenas partículas de Si ajudam a construir uma poça fundida contínua na superfície, por exemplo, de estoque de aleta de condensador, para prover formação da junta mais eficiente. Também, o menor o tamanho de partícula de Si do compôsito formado por aspersao deve ser benéfico para resistência a alta temperatura de produtos laminados revestidos (aumenta a resistência) que, por sua vez, deve prover menos transbordamento nos lados, por exemplo, de lingotes para 1 a mi nação, melhorando assim o rendimento do material e a homogeneidade da espessura do revestimento.

[0026] O material inorgânico, ou materiais inorgânicos injetados desidratam-se durante os estágios de injeção, deslocamento e deposição. Além do mais, ao contrário da expectativa, o material inorgânico contido no compósito formado por aspersao é significativamente diferente crista logra fica mente do material inorgânico antes da injeção, ou tal material depois da desidratação, como mostrado nas figuras 12 e 13. Nossas investigações mostraram que a composição de fase do sal no compósito difere acentuadamenie do material bruto injetado, e pode em panes aparecer como uma fase aniorfa por causa de sua fusão e subsequente rápida solidificação. Isto obviamente não seria esperado do método da tecnologia anterior de mistura e compactação simples de fluxo e pó de alumínio e silício (em virtude de o fluxo não fundir) ou certamente pela reofusão de fluxo contendo metal fundido e liga de alumínío-silícío (em virtude de o fluxo se solidificar lentamente). Indicações anteriores são de que o ponto de fusão do sal transformado no compósito é menor do que o do sal injetado. Experimentos realizados no sal no compósito usando DSC indicam um início de fusão em torno de 550 °C, algumas vezes seguido por um segundo início de fusão a 563 °C, ver figura 2. Isto é claramente ao contrário da fusão do sal injetado apenas, que apresenta uma única endoterma de fusão. É também claramente ao contrário da mesma liga de alumínio-silício sem nenhum sal, onde somente a endoterma eutética normal e esperada a 577 °C foi vista. Este sal inorgânico transformado resulta em melhor atividade de fluxo durante operações de brasagem.

[0027] O espaçamento das partículas entre cristais de sal adjacentes na peça é preferivelmente menor que 10 mícrons ou mais preferivelmente menor que 5 mícrons.

[0028] O teor de oxigênio geral da peça como um todo é preferivelmente não mais que 1.000 ppm em peso. Ainda mais preferivelmente, o teor de oxigênio da peça não é mais que 500 ppm, mais preferivelmente não mais que 300 ppm e pode ser ainda menor que 250 ppm.

[0029] De acordo com um outro aspecto da invenção, é provido um componente compreendendo pelo menos uma peça de acordo com o primeiro aspecto da invenção anexada a um artigo de metal tal como um tarugo, lingote ou placa.

[0030] Toda ou qualquer peça pode ser metalurgicamente ligada no artigo metálico, por exemplo, por meio de trabalho mecânico, tal como laminação a quente ou a frio. Em uma modalidade, duas peças de acordo com o primeiro aspecto da invenção são anexadas no artigo metálico em seus lados opostos. Esta pode ser adicionalmente trabalhada, por exemplo, por laminação em uma placa fina. O componente pode ser de qualquer forma adequada, e para qualquer uso adequado, mas, em uma modalidade preferida, o componente depois do trabalho é um componente a ser conectado por brasagem em um trocador de calor, tal como um radiador, condensador, evaporador, refrigerador de óleo, resfriador do ar de carga ou resfriador de combustível automotivo, ou em um trocador de calor estacionário. Certamente, o componente pode ser placa, aleta ou tubo a ser brasado no local em um trocador de calor, tal como um radiador automotivo. Além do mais, a placa fina de brasagem pode ser usada para a fabricação de qualquer parte brasada incluindo, mas sem limitações, partes eletrônicas, mecânicas e de engenharia.

[0031] De acordo com um aspecto adicional da invenção, é provido um método de fabricar uma peça de acordo com o primeiro aspecto da invenção, ou um componente de acordo com o segundo aspecto da invenção, o método compreendendo as etapas de atomizar uma corrente de material de metal ou liga metálica fundido em uma aspersão de gotículas, introduzir todo ou qualquer material inorgânico na corrente ou aspersão, e consolidar os materiais pela formação da aspersão para formar uma peça compósita na qual material inorgânico é distribuído em uma matriz de metal ou liga metálica.

[0032] De acordo com um outro aspecto da invenção, é provido um método de fabricar uma peça de brasagem autoíluxante, o método compreendendo as etapas de atomizar urna corrente de material de metal ou liga metálica fundido em uma aspersão de gotículas, introduzir na corrente ou aspersão pelo menos um material inorgânico, o material inorgânico ou materiais inorgânicos sendo arranjados para formar um fluxo durante a brasagem, e consolidar os materiais por formação por aspersão para formar uma peça compósita na qual o material inorgânico é distribuído em uma matriz de metal ou liga metálica.

[0033] A técnica de formação por aspersão resulta em muito pouca oxidação dos materiais, particularmente ligas de alumínio, por causa da extrema rapidez da operação de formação da aspersão na qual gotículas atomizadas de gás inerte são formadas e reconsolidadas em mílíssegiindos, em uma atmosfera inerte, normalmente nitrogênio, isto também significa que o material ou materiais inorgânicos, que forma um fluxo durante a brasagem, têm somente um pequeno teor de oxido inerente para combater, que não interfere na capacidade de o fluxo ser efetivo na área onde ele é exigido, a saber, nas superfícies a ser brasadas. Além disso, como o fluxo é contido no compósito, ele não se oxidará durante o estágio de aquecimento antes da fusão e brasagem. Conseqüentemente, somente uma quantidade mínima de sal é necessária, que, combinada com o baixo teor de oxido da liga da matriz, torna o material facilmente relativamente dúctil, permitindo prontamente o trabalho a quente ou a frio. Consequentemente, muito surpreendentemente, em uma operação rápida e integrada, um material compósito pode ser formado com mínima captação de oxigênio, com uma matriz rapidamente solidificada, contendo finos precipitados de silício e uma fase de alumínio de grão finos, tais como partículas inorgânicas que aprisionam a fase alumínio, de forma que nenhuma macrossegregação do sal em solidificação possa formar durante a solidificação final, tal compósito apresentando uma alta densidade sem porosidade interconectada, de maneira tal que nenhum óxido é captado durante processamento adicional, com excelente trabalhabilidade e com excelentes propriedades de brasagem, de maneira tal que, durante a brasagem, substancialmente todo o sal inorgânico fique disponível para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida.

[0034] O teor de oxigênio do material compósito é preferivelmente não mais que 500 ppm maior que o teor de oxigênio combinado da liga fundida e do fluxo do qual tal compósito foi feito. Preferivelmente, adicionalmente o teor de oxigênio do compósito não é mais que 250 ppm, mais preferivelmente ele pode se ainda menor que 100 ppm do que as partes componentes das quais ele foi feito.

[0035] O material inorgânico pode ser atomizado. O material inorgânico pode ser atomizado em gotículas de um menor tamanho do que as gotículas do material de metal ou liga metálica, que pode ter um diâmetro médio na faixa de 50 a 150 mícrons. Altemativamente, o material inorgânico pode ser introduzido como partículas sólidas. As partículas sólidas de material inorgânico podem ser de um diâmetro médio de 10 mícrons ou menos.

[0036] O material introduzido é inorgânico, tem um menor ponto de fusão e ode ser insolúvel e imiscível com o material de metal ou liga metálica na forma fundida, é umectável no material de metal ou liga metálica, e também tem a capacidade de formar um fluxo pela dissolução de óxidos. A despeito de tais partículas inorgânicas serem insolúveis e imiscíveis no metal ou liga metálica, a rápida solidificação do metal ou liga metálica aspergida aprisiona as partículas inorgânicas de forma que nenhuma macrossegregação do material inorgânico em solidificação possa ocorrer durante a solidificação final. O material inorgânico pode ser impelido a fundir-se pelo menos parcialmente quando introduzido, ou quando em deslocamento, mas será substancialmente fundido por completo imediatamente depois da deposição, onde o depósito estará aproximadamente na temperatura solidus da liga metálica e, portanto, acima do ponto de fusão do sal. Onde uma peça sólida contínua deve ser formada, a tecnologia anterior baseou-se basicamente na aspersão de material de metal ou liga metálica fundido, possivelmente com partículas cerâmicas não fundidas, que têm um alto ponto de fusão e permanecem sólida por todo o tempo. Os inventores surpreendentemente observaram que um tarugo pode ser constituído formando-se uma estrutura compósita não macrossegregada por formação por aspersão de um material de metal ou liga metálica fundido com um ou mias materiais formadores de fluxo inorgânicos que têm um menor ponto de fusão do que o material de metal ou liga metálica e que se fundi pelo menos parcialmente quando introduzido, ou quando está sendo jateado. O material inorgânico pode ser fundido pelo menos parcialmente e é preferivelmente fundido substancialmente por completo quando depositado por aspersão em uma superfície coletora com o material de metal ou liga metálica. Isto toma a formação de uma peça compósita com o material inorgânico não macrossegregado em uma matriz de metal ou liga metálica ainda mais surpreendente, por causa de sua insolubilidade e imiscibilidade. A extração de calor das gotículas de metal ou liga metálica é controlada durante a aspersão de maneira a aprisionar o sal inorgânico e, portanto, impedir separação em uma macroescala. Interessantemente, o tamanho e distribuição das partículas de fluxo na matriz de metal ou liga metálica não levam relacionamento para o tamanho do sal inorgânico injetado. Por exemplo, o tamanho médio do sal injetado é tipicamente 10 mícrons e pode ser na faixa de 5 a 15 mícrons. A mistura íntima de gotículas de metal e sal durante o deslocamento e deposição junto com o impacto e rápida deposição de gotículas de sal na superfície de deposição faz com que o sal se funda e solidifique em uma ampla distribuição de tamanho com partículas extremamente finas de fluxo menores que 1 mícron sendo formadas na matriz da liga junto com partículas mais grosseiras de até 200 mícrons de tamanho sendo formadas por uma coalescência limitada de sal nas últimas áreas do compósito a se solidificarem (ver figura 3). Após o trabalho mecânico a fase sal é progressivamente quebrada em particulados finos, tipicamente de tamanhos menores que 5 mícrons.

[0037] O espaçamento das partículas de cristais de sal adjacentes na peça é preferivelmente menor que o diâmetro das gotículas de alumínio-silício das quais a peça compósita formada por aspersão foi formada. O espaçamento das partículas máximo entre cristais de sal adjacentes é preferivelmente em qualquer caso menor que 10 mícrons ou mais preferivelmente menor que 5 mícrons.

[0038] A peça compósita formada pelo método da invenção pode ser usada por si como um item separado. Altemativamente, o material compósito pode ser anexado a um artigo metálico, tais como um lingote, tarugo ou placa. O material compósito pode ser anexado em um lado do artigo metálico, ou, altemativamente, duas peças de material compósito podem ser anexadas no artigo metálico em seus lados opostos. O material compósito pode ser anexado no artigo metálico por qualquer técnica adequada e pode ser anexado, por exemplo, por ligação por laminação a quente ou a frio. Altemativamente, o material compósito pode ser anexado no artigo metálico durante a consolidação dos materiais por formação por aspersão, em que os materiais podem ser formados por aspersão a um artigo metálico para ligar nele. Variantes específicas adicionais são as que o material compósito pode ser formado por aspersão diretamente em um artigo metálico na forma de um tarugo cilíndrico ou tubular, ou uma tira metálica.

[0039] Uma vez que o material compósito tenha sido anexado no artigo metálico, o componente assim criado pode ser submetido a trabalho mecânico, por exemplo, por forjamento e/ou laminação e/ou extrusão.

[0040] De acordo com um outro aspecto da invenção, é provido um método de fabricar uma junta brasada, o método compreendendo colocar uma peça de brasagem de acordo com o primeiro aspecto da invenção, ou colocar a parte de material compósito de um componente de acordo com o segundo aspecto da invenção em contato direto com uma outra peça de metal ou liga metálica e aquecer a junta sem a adição de fluxo.

[0041] De acordo com um aspecto adicional da invenção, é provido um método de fabricar uma junta brasada, o método compreendendo realizar o método de acordo com o terceiro ou quarto aspecto da invenção, colocar o material compósito em contato direto com a peça de metal ou liga metálica, e aquecer a junta sem adição de fluxo.

[0042] Em qualquer dos dois aspectos anteriores da invenção, o aquecimento da junta pode ocorrer em uma atmosfera inerte ou redutora, ou em um vácuo moderado.

[0043] De acordo com um outro aspecto da invenção, é provida uma peça de brasagem autofluxante formada por aspersão, ou formada por aspersão e trabalhada mecanicamente, compreendendo um material compósito compreendendo uma liga de alumínio-silício rapidamente solidificada, caracterizada por precipitados de silício primários de tamanho médio menor que 10 mícrons distribuídos uniformemente em uma matriz de alumínio, a matriz de alumínio sendo interdispersa com pelo menos um material de sal inorgânico de menor ponto de fusão do que a liga de alumínio e silício e insolúvel e imiscível na liga de alumínio e silício, o material inorgânico ou materiais inorgânicos se fundindo durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida.

[0044] De acordo com um aspecto adicional da invenção, é provida uma peça de brasagem autofluxante compreendendo um material compósito formado por aspersão compreendendo uma liga de alumínio-silício solidificada rapidamente caracterizada por precipitados de silício primários de tamanho médio menor que 10 mícrons distribuídos uniformemente na matriz de alumínio, a matriz de alumínio sendo interdispersa com pelo menos um material de sal inorgânico de um ponto de fusão menor que da liga de alumínio e silício e insolúvel e imiscível na liga de alumínio e silício. O material inorgânico ou materiais inorgânicos se fundindo durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida, o material ou materiais de sal inorgânico estando presentes na peça na forma de cristais solidificados que apresentam uma distribuição bimodal de cristais finos de menos de 10 mícrons de tamanho e cristais mais grosseiros de 5 a 200 mícrons de tamanho, os ditos cristais mais grosseiros senso microssegregados para as últimas regiões do compósito a se solidificarem.

[0045] De acordo com um outro aspecto da invenção, é provido um método de fabricar uma peça de brasagem autofluxante, o método compreendendo as etapas de atomizar uma corrente de material de liga de alumínio e silício fundido, introduzir na corrente ou aspersão pelo menos um material inorgânico, o material inorgânico ou materiais inorgânicos sendo arranjados para formar um fluxo durante a brasagem, e consolidar os materiais por formação por aspersão para formar uma peça compósita, caracterizada por precipitados de silício primários de tamanho médio menor que 10 mícrons distribuídos uniformemente em uma matriz de alumínio, a matriz de alumínio sendo interdispersa com pelo menos um material de sal inorgânico de um menor ponto de fusão e insolúvel e imiscível na liga de alumínio e silício, tal material ou materiais de sal sendo na forma de cristais solidificados que apresentam uma distribuição bimodal de cristais finos de tamanho menor que 10 mícrons e cristais mais grosseiros com tamanho de 5200 mícrons, os cristais mais grosseiros senso microssegregados para as últimas regiões da peça a se solidificarem, de maneira tal que o espaçamento das partículas entre quaisquer dos cristais de sal seja acentuadamente menor que o diâmetro das gotículas de alumínio-silício dos quais tal compósito formado por aspersão foi formado e no caso menos de 20 mícrons., tal compósito sendo caracterizado por um teor de oxigênio não superior a 100 ppm mais que o teor de oxigênio combinado da liga de alumínio-silício fundida e sal inorgânico do qual o compósito foi originalmente formado, de maneira tal que substancialmente todo o sal inorgânico fique disponível para formar um fluxo durante brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termicamente induzida.

[0046] Modalidades da invenção serão agora descritas a título de exemplo e com revestimento aos desenhos anexos, em que: A figura 1 mostra uma sequência de estágios de fabricação; A figura 2 mostra três traços DSC: figuras 2a e 2b são o material formado por aspersão das amostras 3 e 4, respectivamente, da tabela 1. A figura 2c é uma liga alumínio-silício AA4045 normal; A figura 3 mostra uma Micrografia Eletrônica de Varredura como a imagem maior e seis imagens menores que são mapas EDS. O material é a amostra 4 da tabela 1. As figuras 4 e 5 são vistas equivalentes em ampliações respectivamente maiores; A figura 6 mostra uma captação TEM de um material compósito formado por aspersão ultramicrotomada que é a amostra 11 na tabela 2; A Figura 7 mostra uma outra captação TEM de uma outra parte de um material compósito formado por aspersão ultramicrotomado que é a amostra 11 na tabela 2, com maior amplificação, como pode ser visto pela escala na micrografia; A figura 8 é um traço DSC de sal de fluoraluminato de potássio usado nas modalidades na forma desidratada; A figura 9 é uma captação TEM de uma amostra ultramicrotomada de uma peça fundida por resfriamento direto de uma liga de referência de alumínio-silício AA4045; A figura 10 é uma captação TEM de uma amostra de compósito formado por aspersão ultramicrotomada que é a amostra 11 na tabela 2; A figura 11 é uma captação TEM de um material de amostra de compósito formado por aspersão ultramicrotomada que é a amostra 11 na tabela 2; A figura 12 é um espectro XRD de um sal hidratado e desidratado, o sal desidratado foi usado nos materiais de acordo com a presente invenção; e A figura 13 é um espectro XRD de duas amostras de acordo com modalidades da presente invenção e uma liga de alumínio e silício de referência AA40435 normal. O material de alto teor de sal corresponde à amostra 12 na tabela 2 e o material de baixo teor de sal corresponde à amostra 7 na tabela 2.

[0047] Na primeira operação mostrada na figura 1, o aparelho de formação por aspersão 10 é usado como mostrado em A. O aparelho 10 consiste em uma câmara de aspersão selável 12 com um distribuidor 14 e uma tremonha 16 montada por cima da câmara 12. Uma coluna vertical 18 estende-se a partir do piso da câmara de aspersão 12 e é montada em uma placa coletora 20 na sua superfície superior. A coluna 18 é girável em tomo de seu eixo geométrico vertical e é também móvel axialmente para controlar a altura da placa coletora 20.

[0048] Em uso, o distribuidor 14 é cheio com metal ou liga metálica fundida que é mantido acima de sua temperatura liquidus no distribuidor 14. A tremonha 16 é cheia com partículas de sal inorgânico ou uma mistura de sais inorgânicos para formar um fluxo durante a brasagem. O distribuidor 14 emite uma corrente de metal ou liga metálica fundida na câmara de aspersão 12 que é convertida em um jato de gotículas atomizadas por jatos de gás de atomização (não mostrados); a câmara de aspersão primeiramente tendo sido purgada com gás inerte, de maneira que a captação de oxigênio seja minimizada. As partículas na tremonha 16 são injetadas na câmara de aspersão de maneira a se misturarem com o metal ou liga metálica atomizada de forma que a aspersão combinada colida na placa coletora 20, e seja coletada por ela. Desta maneira, um tarugo 22 é formado, como mostrado por B na figura 1, que pode ter, por exemplo, 500 mm de diâmetro e 2 m de comprimento. O pedido de patente de Snadvik Osprey W092/15721 descreve com mais detalhes como tarugos podem ser formados por aspersão e a sua revelação está aqui incorporada pela referência.

[0049] Uma máquina de forjamento 24 está mostrada em C na figura 1. O material depositado por aspersão é forjado para formar uma placa 26, mostrada por D e E na figura 1, que pode ter 130 mm de espessura.

[0050] A placa 26 é laminada para formar uma tira ou revestimento 28, mostrado por F na figura 1.

[0051] Uma placa de alumínio relativamente espessa 30 pode ser revestida nas suas duas superfícies principais opostas com dois ou mais revestimentos relativamente delgados 28, mostrados por G na figura 1. Este componente laminado 32 é então laminado a quente e a frio e bobinado em uma bobina 34, mostrada por H na figura 1.

[0052] A bobina H é então dividida para formar componentes de estoque de aletas 36 mostrados por I na figura 1.

[0053] Cada componente de estoque de aleta 36 é então corrugado e montado em camadas com tubos de trocadores de calor 38, mostrado por J e com detalhes por K na figura 1, e é brasado em uma atmosfera de nitrogênio antes de serem montados em outras partes para formar o trocador de calor completo 40, mostrado por L na figura 1, que pode ser usado, por exemplo, como um radiador automotivo.

[0054] Exemplo 1 [0055] Em um exemplo específico, o distribuidor 14 teve uma liga de silício com 10 % em peso de alumínio. Na tremonha 16, as partículas sólidas forma partículas de fluoraluminato de potássio com diâmetro médio de 10 mícrons. Os parâmetros da formação por aspersão foram os seguintes: Vazão de metal 6,94 Temperatura do metal 700 °C

Vazão de partículas 0,71 kg por minuto Temperatura de partícula 20 °C Gás de atomização nitrogênio Temperatura do gás nitrogênio temperatura ambiente Vazão de gás 9,71 m3 por minuto Distância da placa coletora 890 mm [0056] Isto resulta em partículas de liga metálica com um diâmetro de partícula médio de 50 mícrons. A placa coletora 20 na coluna 18 é girada para garantir dissipação uniforme e retraída para baixo para manter a distância de afastamento ideal para deslocamento do material até a placa coletora 20.

[0057] As partículas de fluoraluminato de potássio se fundem a uma temperatura de cerca de 560 °C, que é menor que o solidus da liga de alumínio e silício de cerca de 577 °C. O material de sal inorgânico é aquecido pelo gás de atomização e pelo contato com as gotículas de liga metálica de forma que as partículas de sal inorgânico sejam impelidas a se fundirem pelo menos parcialmente antes do impacto na placa coletora. O fluoraluminato de potássio é insolúvel em liga de alumínio e assim permanece separado no processo de formação por aspersão.

[0058] Controlando-se os parâmetros supradescritos, a extração de calor pode ser controlada. Pode-se produzir uma peça compósita que tem material de sal inorgânico aprisionado na matriz de metal de maneira tal que a distância máxima entre as partículas de fluxo não seja maior que o tamanho de partícula médio de gotículas depositadas, mas tipicamente muito menos que isto, e, de fato, tipicamente menor que 10 mícrons. A despeito do material de sal inorgânico se imiscível na liga metálica, a constante chegada de novas gotículas e o controle da temperatura de solidificação significa que o material de sal inorgânico não pode se separar em uma macroescala, em decorrência do que o material de sal inorgânico é aprisionado no depósito em solidificação, formando a distribuição exigida através do tarugo compósito resultante.

[0059] Deve-se notar que, como o material fluxo inorgânico é imiscível na liga de alumínio, então, se as condições não forem corretamente mantidas, por exemplo, se as condições de deposição forem muito quentes, em decorrência de calor insuficiente ser extraído pelo gás de atomização, o material de sal inorgânico pode macrossegregar, resultando em um produto que será mais difícil de formar um tarugo coerente e de trabalhar mecanicamente, e produzirá resultados de brasagem menos satisfatórios e uniformes. É também possível extrair calor excessivo das gotículas de liga durante o deslocamento das mesmas, que pode resultar em uma microestrutura de particulados com linhas de fluxo delineando os limites de gotículas depositadas. Uma estrutura como esta pode também ser difícil de trabalhar mecanicamente e pode conter porosidade interconectada que leva a oxidação interna indesejável durante o processamento.

[0060] As condições supradelineadas resultam na peça compósita que tem 1,2 % em peso de potássio na liga de alumínio e silício, que é equivalente a aproximadamente 4 % em peso do sal inorgânico.

[0061] O teor de oxigênio geral da peça é 232 ppm em peso. Como o sal inorgânico provavelmente terá um teor de oxigênio inerente acima deste nível, o teor de oxigênio da matriz da liga provavelmente será menor que 232 ppm em peso.

[0062] Este material forma uma boa junta de abrasão, tem boa ductilidade e pode ser trabalhada para formar uma placa fina da qual componentes podem ser formados.

[0063] Exemplo 2 [0064] Urna peça compósita foi fabricada de uma maneira similar ao exemplo 1, exceto que a vazão de partículas foi controlada de forma que o tarugo assim formado tivesse um teor de sal variável ao longo de seu comprimento de 0,1 até mais de 6 % em peso. A vazão de gás foi controlada também para manter condições de deposição constantes durante a introdução de quantidades variáveis de partículas de fluxo.

[0065] Cinco fatias foram retiradas do tarugo. As fatias continha aproximadamente 0,1, 0,9, 2, 4,3 e 6 % em peso de sais inorgânicos, respectivamente. As fatias foram laminadas de 10 mm a uma espessura de aproximadamente 0,4 mm. Os resultados estão mostrados na tabela 1 a seguir. Pelos resultados, percebe-se que a operação de laminação foi realizada com sucesso, com a exceção de que a amostra contendo 6 % de sal inorgânico, que começou trincar ao longo das bordas depois de trabalho excessivo, [0066] Um pequeno disco, de 5 mm de diâmetro, foi puncionado de cada fatia laminada (0,4 mm) e colocado em um sinal medindo 17 x 28 mm de liga de alumínio A A3003 representado uma camada de núcleo. Amostras foram submetidas a um ciclo de brasagem padrão em nitrogênio em um forno, A amostra 1 (0,1 % de sal) não conseguiu reagir, levou tempo para fundir com uma ligeira pele de oxido evidente e sem ação de fluxo visível. A amostra 2 (0,9 % de sal) formou uma esfera na temperatura de brasagem com um pouco de atividade de fluxo superficial no metal de adição, mas sem ação de fluxo visível no corpo de prova de AA3003. Depois de um curto período de tempo, a esfera eolapsou para molar a superfície. As amostras 3, 4 e 5 (2, 4,3 e 6 %, respectivamente) se fundiram rapidamente com boa ação de fluxo e boa molhação do metal de adição do corpo de prova. A razão da atividade de fusão é derivada das áreas de espalhamento relativas do fluxo com relação ao metal de adição espalhado.

Tabela 1: Sumário das propriedades de laminação e brasagem de material contendo sal inorgânico variável [0067] Para avaliar as propriedades de brasagem em função do teor de sal inorgânico relativo, amostras foram perfuradas em intervalos de 20 mm ao longo do comprimento do tarugo variável e aproximadamente 0,12 g do material colocado em um corpo de prova de AA3003 para teste de capacidade de brasagem. Amostras contendo 0,06 a 0,14 % de sal não apresentaram atividade de brasagem aparente. A atividade de brasagem aumentou com o teor de sal com uma transição na capacidade de brasagem observada entre 0,14 e 1,2 % de sal inorgânico. Boas propriedades de brasagem foram apresentadas pelo material comendo 1,2 % de sal inorgânico e superiores com boa atividade de fluxo com um material fundido ativo que molhou e espalhou sobre a superfície do corpo de prova AA3003. Material contendo o mais alto nível de sal (5,73 %) apresentou a maior atividade de fluxo, mais do que é exigido na prática para permitir um bom escoamento de metal de adição. Tabela 2: Atividade de brasagem cm função do teor de sal inorgânico [0068] A formação da junta brasada entre amostras de material laminado ligado no AA3003 e laminado a uma espessura final de 0,4 mm e brasado em um corpo de prova de AA3003 não revestido foi avaliada. As amostras foram do tarugo de conteúdo de fluxo variável supradescrito. As amostras contendo 2,5 e 5,7 % em peso de sal inorgânico produziram excelentes juntas T-brasadas com material não revestido. Boa atividade de fluxo foi observada com rápido fluxo capilar do metal de adição na junta. As juntas brasadas forma bem definidas com um suave menisco entre superfícies de contato. Juntas brasadas similarmente boas foram formadas entre material de aleta não revestido e o material de amostra revestido contendo 2,5 % de sal inorgânico. Juntas brasadas foram similares àquelas produzidas entre uma amostra de referência de material de revestimento e a aleta que foi fluxada de uma maneira convencional. Na ausência de aplicação de fluxo, a amostra de referência não foi brasada.

[0069] Em experimentos de brasagem de copo fechado, juntas brasadas internas foram produzidas entre as superfícies de revestimento de material de amostra formado contendo 2,5 % em peso de sal inorgânico. Amostra que apresentaram atividade de brasagem marginal em um corpo de prova de AA3003 formou juntas brasadas internas aceitáveis quando as superfícies de revestimento foram brasadas em si próprias, mas juntas brasadas externas fracas.

[0070] A figura 2 mostra três traços DSC. As figuras 2a e 2b são o material formado por aspersão das amostras 3 e 4, respectivamente, da tabela 1. A figura 2c, é uma liga de alumínio e silício AA4045 normal. As amostras de compósito formado por aspersão mostram um (a) e dois (b) picos de fusão isotérmica a temperaturas mais baixas do que o início de fusão da matriz da liga alumínio-silício. Os picos de fusão adicionais correspondem à fusão do sal inorgânico.

[0071] A figura 3A figura 3 mostra uma Micrografia Eletrônica de Varredura como a maior imagem e seis imagens menores que são mapas EDS. O material é a amostra 4 da tabela 1. Nos mapas EDS, o brilho do contraste no mapa é indicativo da concentração. A escala está dada no pé da micrografia principal.

[0072] As figuras 4 e 4 são vistas equivalentes em ampliação respectivamente maior.

[0073] As figuras 3, 4 e 4 mostram a distribuição e escala do sal na matriz da liga, e também mostram a presença e distribuição de partículas de silício.

[0074] A figura 6 mostra uma captação TEM de um material compósito formado por aspersão ultramicrotomada que é a amostra 11 na tabela 2. Adjacente à grande retirada de partículas de Si, restos de fluxo podem ser vistos, indicados no espectro EDS acima para a área marcada com setas. O Cu se origina da malha de Cu usada para montar a amostra no TEM.

[0075] A figura 7 mostra uma outra captação TEM de uma outra parte de uma amostra de material compósito formado por aspersão ultamicrotomado que é a amostra 11 na tabela 2, com maior aumento, como pode-se ver pela escala na micrografia. Adjacente à grande tomada de um fluxo de partículas de Si pode-se ver resto, como indicado no espectro EDS. Como antes, o Cu se origina da grade de Cu usada para montar a amostra no TEM. Espera-se que os restos ou fragmentos de partículas resultante da ruptura da proteção do sal inorgânico que se forma em uma gotícula de liga atomizada na aspersão após contato entre uma gotícula de liga quente e uma partícula sólida do material inorgânico que é imiscível na liga.

[0076] A figura 8 é um traço DSC do sal de fluoraluminato de potássio puro usado nas modalidades na forma desidratada. Percebe-se que existe um rápido ganho de massa mediante fusão, que indica oxidação do fluxo. Uma vez que, no caso do compósito formado por aspersão, o sal é completamente encerrado em uma matriz de alumínio do momento da deposição até a refusão durante a operação de brasagem, o sal é protegido de oxidação e hidratação. A ação do fluxo é assim mantida até um momento tal que o sal se funde, rompe o óxido e espalha-se na superfície.

[0077] A figura 9 é uma captação TEM de uma amostra ultramicrotomada de uma liga de referência de alumínio-silício AA4045 com resfriamento direto. Note as grandes retiradas de partículas de Si desbotadas. As partículas de silício têm ais que 500 mm de diâmetro.

[0078] A figura 10 é uma captação TEM de uma amostra de compósito formado por aspersão ultramicrotomada que é a amostra 11 na tabela. São vistas inúmeras retiradas de partículas de Si, porém pequenas.

[0079] A figura 11 é uma captação TEM de um material de amostra de compósito formado por aspersão ultramicrotomada que é a amostra 11 na tabela 2. A imagem representa uma partícula rica em K-Al-F (mostrada por setas) em um contorno de grãos tríplice. A partícula tem cerca de 100 mm e conseqüentemente é muito menor que as partículas de silício, vistas na liga de brasagem de referência da figura 9.

[0080] A figura 12 é um espectro XRD de um sal hidratado e desidratado, o sal desidratado foi usado nos materiais de acordo com a presente invenção. As setas cinzas indicam as posições de pico de KA1F4, as setas pretas indicam as posições de pico de K2A1F5(H20) enquanto as posições de pico marcadas por X não puderam ser identificadas.

[0081] A figura 13 é o espectro XRD de duas amostras de acordo com modalidades da presente invenção e uma liga de alumínio e silício de referência AA4045 normal. O material com alto teor de sal corresponde à amostra 12 na tabela 2, e o material com baixo teor de sal corresponde à amostra 7 na tabela 2. As setas marcadas por X indicam as posições de pico dos picos que poderíam não ser identificados, e os demais picos originados do alumínio metálico, e do silício.

[0082] O material de fluoraluminato de potássio injetado desidrata durante os estágios de injeção, deslocamento e deposição. Além disso, contrário às expectativas, o material de fluoraluminato de potássio contido no compósito formado por aspersão é significativamente diferente cristalograficamente do material de fluoraluminato de potássio antes da injeção, ou tal material depois da desidratação, como mostrado nas figuras 12 e 13. Nossa investigação mostrou que a composição de fases do sal no compósito difere notadamente do material bruto injetado, e pode em parte aparecer como uma fase amorfa por causa de sua fusão e subsequente rápida solidificação. As figuras indicam que o ponto de fusão do sal transformado no compósito é menor que a do sal injetado. Experimentos realizados no sal no compósito usando Calorimetria de Varredura Diferencial indicam um início de fusão a cerca de 550 °C, algumas vezes seguido por um segundo início de fusão a 563 °C, ver figura 2. Isto é claramente o contrário da fusão do sal injetado apenas, que exige uma única endotérmica de fusão, ver figura 8. É também claramente o contrário da mesma liga de alumínio-silício sem nenhum sal, onde somente a endotérmica eutética normal e esperada a 577 °C foi vista, ver figura 2c. Este sal inorgânico transformado resulta em maior atividade de fluxo durante operações de brasagem.

[0083] Sais inorgânicos alternativos para formar fluxos incluem tetra, penta e hexa fluoraluminatos de potássio (KA1F4, K2A1F5.H202, K3A1F6) e os sais supramencionados que podem também conter espécies de hidroxifluor e oxifluoralumínio (A1F202.H20, A12F40, AlF(OH)2, A1FO); fluoraluminatos de sódio (Na3AlF6) fluoretos de césio e alumínio (CsAlF.CsAlF); silicofluoretos de potássio (KSiF, KSiF), fluoretos de zinco alcalino (KZnF) e sais de fluoreto de potássio e estanho (KSnF, KSnF, KSnF e KSnF) e os hidratos de todos os sais de halogenetos supramencionados.

[0084] Embora o material de sal inorgânico tenha sido descrito sendo suprido como partículas sólidas de uma tremonha 16, em uma modalidade alternativa, o material de sal inorgânico podería ser suprido na forma líquida, como a liga metálica, e atomizado da mesma maneira.

[0085] Um tarugo cilíndrico 22 foi mostrado, mas o processo de formação por aspersão pode ser usado para produzir tarugos de inúmeras formas, tal como uma placa ou tubo, ou como produtos revestidos.

[0086] Onde aquecimento localizado pode ser aplicado, um componente inteiro pode ser produzido como uma peça de acordo com a invenção e anexado no local por brasagem.

[0087] Onde um componente revestido é necessário, um lingote do material do núcleo pode ser posto na superfície coletora 20 de maneira que a deposição por aspersão supradescrita possa ocorrer diretamente no lingote. O componente resultante pode ser usado diretamente, ou forjado e/ou laminado, tal como descrito.

[0088] O material formado por aspersão pode ser usado como depositado, sem trabalho adicional, ou pode ser trabalhado, se necessário. Embora laminação e forjamento tenham sido descritos, outras formas de trabalho mecânico a quente ou a frio, tal como extrusão, por exemplo, podem ser realizadas em peças feitas de acordo com a invenção, dependendo das exigências.

[0089] Embora brasagem em uma atmosfera de nitrogênio tenha sido descrita, brasagem podería ocorrer em uma atmosfera redutora, ou em um vácuo. Em vista do baixo oxigênio inerente em uma peça fabricada de acordo com a invenção, o vácuo não precisa ser um alto vácuo, e um vácuo moderado ainda daria um bom resultado de brasagem.

REIVINDICAÇÕES

Claims (40)

1. Peça de brasagem autofluxante, caracterizada pelo fato de que compreende um material compósito formado por aspe rs ão de atmosfera inerte compreendendo pelo menos um sal inorgânico ou sais inorgânicos distribuídos como partículas aprisionadas em uma matriz de liga de brasagem de alumínio, o sal inorgânico ou sais inorgânicos sendo arranjados para formar um fluxo durante a brasagem para promover a formação de uma ligação metálica termícamente induzida,

2. Peça de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a peça é um tarugo formado por aspersão.

3. Peça de acordo com a reivindicação l, caracterizada pelo fato de que a peça é uma peça trabalhada que pode ser uma peça forjada ou uma peça laminada ou uma peça extmdida,

4. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3t caracterizada pelo fato de que o teor de oxigênio da matriz não é mais que 350 ppm em peso, preferencial mente não mais que 250 ppm em peso, mais preferencial mente não mais que 100 ppm em peso, ainda mais preferenciaimente não mais que 50 ppm em peso,

5. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações l a 4, caracterizada pelo fato de que a liga de brasagem tem alumínio e silício como os constituintes principais, e pode ter um teor de silício de 5 a 15 % em peso, e pode ter um teor de silício de 6 a 13 % em peso, e pode ter um teor de silício de 9 a 13 % em peso, e pode ter um teor de silício de 10 a 12 % em peso.

6. Peça de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a peça contém partículas dc silício, e as partículas de silício têm um diâmetro médio menor que 10 micro ns, preferen ciai mente menor que 5 mícrons, mais preferen ciai mente menor que 3 micro ns.

7. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações l a 6, caracterizada pelo fato de que um fluxo de fluo reto de potássio e alumínio é provido como o sal inorgânico, ou dois ou mais sais inorgânicos são providos que, durante a brasagem, formam um fluxo de fluoreto de potássio e alumínio ou em que um fluxo de fluoreto de potássio e alumínio é provido como o sal inorgânico, ou dois ou mais sais inorgânicos são providos que, durante a brasagem, formam um fluxo de aluminato de potássio e flúor.

8. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o material compósito tem um teor de sal inorgânico de 0,2 a 10 % em peso, e pode ser pelo menos 0,9 % em peso, e pode ser pelo menos 1,2 % em peso, e pode ser não mais que 5 % em peso e pode ser não mais que 4 % em peso, e pode ser de cerca de 2 a 3 % em peso.

9. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que todo ou qualquer sal inorgânico tem um ponto de fusão menor que o da liga de alumínio.

10. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que todo ou qualquer sal inorgânico é imiscível quando na sua forma fundida com a liga de alumínio e/ou em que todo ou qualquer sal inorgânico é insolúvel quando na sua forma fundida com liga de alumínio.

11. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito com tamanho menor que 1 mícron e/ou em que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito com tamanho entre 5 e 200 mícrons.

12. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito, e o espaçamento interpartículas entre partículas adjacentes é menor que 20 mícrons, preferencialmente menor que 10 mícrons mais preferencialmente menor que 5 mícrons.

13. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o teor de oxigênio da peça não é mais que 1.000 ppm, preferencialmente não é mais que 500 ppm, mais preferencialmente não é mais que 300 ppm, mais preferencialmente ainda não é mais que 250 ppm.

14. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13 caracterizada pelo fato de que a peça tem uma microestrutura não particulada.

15. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que a matriz de liga de alumínio de brasagem não apresenta porosidade interconectada.

16. Componente, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma peça, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, anexada a um artigo metálico, como um lingote, tarugo ou placa.

17. Componente de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que toda ou qualquer peça é ligada por laminação no artigo metálico.

18. Componente de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que duas peças como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15 são anexadas no artigo metálico em seus lados opostos.

19. Componente de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que o componente é um componente, que pode ser uma aleta, placa ou tubo, a ser conectado por brasagem em um trocador de calor, como um radiador automotivo, condensador, evaporador, refrigerador de óleo, refrigerador de ar de carga ou refrigerador de combustível automotivo, ou um trocador de calor estacionário

20. Método de fabricar uma peça como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, ou um componente como definido em qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fundir liga de alumínio, e, em uma atmosfera inerte, emitir uma corrente de liga de alumínio fundida; atomizar a corrente de material de liga de alumínio fundido em uma aspersão de gotículas utilizando um gás inerte; introduzir todo e qualquer sal inorgânico na corrente ou aspersão, e consolidar o sal ou os sais inorgânicos e a liga de alumínio por formação por aspersão para formar uma peça compósita na qual o sal inorgânico é distribuído como partículas em uma matriz de liga de alumínio.

21. Método de fabricar por formação por aspersão uma peça de brasagem autofluxante, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fundir liga de alumínio de brasagem, e, em uma atmosfera inerte, emitir uma corrente de liga de alumínio fundida; atomizar a corrente de material de liga de alumínio fundida em uma aspersão de gotículas utilizando um gás inerte; introduzir na corrente ou aspersão pelo menos um sal inorgânico, o sal inorgânico ou sais inorgânicos sendo arranjados para formar um fluxo durante a brasagem; e consolidar o sal ou sais inorgânicos e a liga de alumínio pela formação por aspersão para formar uma peça compósita na qual o sal inorgânico é distribuído como partículas em uma matriz de liga de alumínio; em que o sal inorgânico é substancialmente fundido totalmente quando depositado por aspersão sobre uma superfície coletora com o material de liga de alumínio.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que todo ou qualquer sal inorgânico é fundido e atomizado para ser formado por aspersão ou em que o sal inorgânico é introduzido como partículas sólidas, em que as partículas sólidas de sal inorgânico podem ser de um diâmetro médio de 10 mícrons ou menos.

23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 22, caracterizado pelo fato de que o material de liga de alumínio é atomizado em gotículas com um diâmetro médio na faixa de 50 a 150 mícrons.

24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 23, caracterizado pelo fato de que o sal inorgânico tem um ponto de fusão menor que o material de liga de alumínio e/ou em que o sal inorgânico é insolúvel no material de liga de alumínio.

25. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 24, caracterizado pelo fato de que o sal inorgânico é impelido a fundir-se pelo menos parcialmente quando introduzido, ou quando estiver sendo aspergido.

26. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 25, caracterizado pelo fato de que o sal inorgânico é imiscível com o material de liga de alumínio.

27. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 26, caracterizado pelo fato de que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito, e o espaçamento interpartículas entre partículas adjacentes é menor que o diâmetro das gotículas de alumínio-silício das quais a peça compósita formada por aspersão foi formada.

28. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 27, caracterizado pelo fato de que o sal ou sais inorgânicos formam partículas no material compósito, e o espaçamento interpartículas entre partículas adjacentes é menor que 20 mícrons, preferencialmente menor que 10 mícrons, mais preferencialmente menor que 5 mícrons.

29. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 28, caracterizado pelo fato de que a extração de calor das gotículas dos materiais é controlada durante a aspersão para prevenir separação ou macrossegregação do sal inorgânico da liga de alumínio.

30. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 29, caracterizado pelo fato de que o teor de oxigênio da peça não é mais que 500 ppm maior que o teor de oxigênio combinado da liga de alumínio fundida e do sal inorgânico ou sais inorgânicos antes da atomização e aspersão, preferencialmente não é mais que 250 ppm maior que o teor de oxigênio combinado da liga de alumínio fundida e do sal inorgânico ou sais inorgânicos antes da atomização e aspersão, mais preferencialmente não é mais que 100 ppm maior que o teor de oxigênio combinado da liga de alumínio fundido e do sal inorgânico ou sais inorgânicos antes da atomização e aspersão.

31. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 30, caracterizado pelo fato de que a aspersão atinge uma superfície coletora e constrói-se em um tarugo, e o método inclui a etapa de remover o tarugo da superfície coletora.

32. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 31, caracterizado pelo fato de que o material compósito é anexado a um artigo metálico, como um lingote, tarugo ou placa.

33. Método de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que duas peças de material compósito são anexadas no artigo metálico em seus lados opostos.

34. Método de acordo com a reivindicação 32 ou 33, caracterizado pelo fato de que o material compósito é anexado por ligação por laminação a quente ou a frio no artigo metálico ou em que o material compósito é anexado no artigo metálico durante a consolidação dos materiais por formação por aspersão em que os materiais são formados por aspersão em um artigo metálico para ligar nele.

35. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 32 a 34, caracterizado pelo fato de que o material compósito e o artigo metálico são trabalhados e em que o material compósito e o artigo metálico podem ser trabalhados por um ou mais de laminação a quente, laminação a frio, extrusão e forjamento.

36. Método de fabricar uma junta brasada, o método caracterizado pelo fato de que compreende colocar uma peça, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, ou colocar a parte do material compósito de um componente como definido em qualquer uma das reivindicações 16 a 19, em contato direto com uma outra parte de liga de alumínio e aquecer a junta sem adição de fluxo.

37. Método de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que a peça compósita é trabalhada depois de ser produzida e antes de ser colocada em contato com a outra parte de liga de alumínio, e pode ser trabalhada por um ou mais de laminação a quente, laminação a frio, extrusão e forjamento.

38. Método de fabricar uma junta brasada, caracterizado pelo fato de que compreende: realizar o método como definido em qualquer uma das reivindicações 20 a 37; colocar o material compósito em contato direto com uma outra parte de liga de alumínio; e, aquecer a junta sem adição de fluxo, e, preferencialmente, em que a junta é aquecida em uma atmosfera inerte ou redutora.

39. Junta brasada entre duas peças ou partes, caracterizada pelo fato de que foi formada colocando uma peça de brasagem como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, ou colocando a parte de material compósito de um componente como definido em qualquer uma das reivindicações 16 a 19 em contato direto com uma outra parte da liga de alumínio e aquecendo a junta na ausência de fluxo adicionado.

40. Junta brasada entre duas peças ou partes, caracterizada pelo fato de que foi formada realizando o método como definido em qualquer uma das reivindicações 20 a 38, colocando o material compósito em contato direto com uma parte de liga de alumínio e aquecendo a junta na ausência de fluxo adicionado.