ES2216975T3 - Procedimiento para la produccion de capas amorfas macizas sobre cuerpos moldeados metalicos macizos. - Google Patents
Procedimiento para la produccion de capas amorfas macizas sobre cuerpos moldeados metalicos macizos.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de capas macizas amorfas sobre cuerpos moldeados metálicos, caracterizado por el hecho de que las aleaciones que son apropiadas bajo condiciones de solidificación rápida para la formación de cristales macizos metálicos, o los elementos de aleación que son apropiados bajo condiciones de solidificación rápida para la formación de cristales macizos metálicos junto a los elementos del material del cuerpo moldeado, son aplicados en estado fundido mediante radiación de gran energía directamente en el cuerpo moldeado metálico para la producción de una capa amorfa con un espesor de > 20 mi-m hasta varios milímetros, o bien son aleados sobre la superficie del cuerpo moldeado, de manera que la solidificación rápida de la masa fundida se consigue aprovechando el autoenfriamiento del cuerpo moldeado y/o por una refrigeración externa al cuerpo moldeado.
Description
Procedimiento para la producción de capas amorfas
macizas sobre cuerpos moldeados metálicos macizos.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de capas macizas amorfas sobre cuerpos moldeados
macizos metálicos. Con este procedimiento es posible cubrir el
cuerpos moldeados metálicos con cristales macizos metálicos que
proporcionan una mejora en las características de la superficie.
Este tipo de capas puede servir, por ejemplo, para aumentar la
resistencia a la corrosión o al desgaste de los cuerpos
moldeados.
Ya se conoce la segunda fusión de cuerpos
moldeados con sistemas de aleación macizos amorfos en la superficie
mediante un haz de láser o de electrones en un procedimiento de
fusión por zonas con el fin de obtener una capa maciza amorfa. Sin
embargo, las buenas características de dichas capas solo pueden
aprovecharse de forma insuficiente debido a que los cuerpos de base
cristalina son muy frágiles.
También se conoce un procedimiento para la
fabricación de capas protectoras contra la corrosión y el desgaste,
así como cuerpos moldeados hechos de materiales metálicos amorfos,
mediante el uso de un sistema de aleación binario (DE 38 00 454
A1). Según este método, en primer lugar se fabrica, a partir de
sustancias cristalinas iniciales, un polvo amorfo procesable en
polvo metalúrgico mediante aleación mecánica. A continuación, este
polvo se aplica como una capa amorfa, a una temperatura media por
debajo de la temperatura de cristalización sobre un substrato o
bien se compacta en un cuerpo moldeado. Una desventaja es el hecho
de que con esta tecnología el polvo debe ser fabricado mediante un
costoso procedimiento de trituración con un tiempo de trituración
de aproximadamente 20 horas. Además, las capas superficiales
amorfas resultantes solo estarán más o menos sujetas o ensambladas
mecánicamente al substrato.
Por otro lado, se conoce en primer lugar el
depósito de una o varias capas metálicas o de aleación amorfas
sobre un cuerpo básico mediante un procedimiento de revestimiento
convencional, por ejemplo un revestimiento con un polvo metálico o
de aleación o por deposición galvánica. Luego, estas capas son
fundidas mediante láser u otra radiación de gran energía sobre el
cuerpo básico (JP 63-085187; US 5 143 533; JP
63-286586). De esta manera, se pueden lograr
películas y capas delgadas amorfas con un grosor de hasta 20
\mum. Estas películas y capas, sin embargo, son demasiado delgadas
para muchas aplicaciones industriales.
La invención se basa en el desarrollo de un
procedimiento para la fabricación de capas amorfas macizas sobre
cuerpos moldeados metálicos, mediante el cual pueden fabricarse
capas amorfas con un espesor de > 20 \mum en un proceso de una
sola fase.
Este objetivo se alcanza según la invención
mediante el procedimiento especificado en las reivindicaciones.
Según la invención, las aleaciones que bajo
condiciones de solidificación rápida son aptas para la formación de
cristales metálicos macizos, o los elementos de aleación, que bajo
condiciones de solidificación rápida son aptos para la formación de
cristales metálicos macizos junto a los elementos del material del
cuerpo moldeado, serán transformadas en un estado líquido fundido
por radiación de gran energía y serán aplicadas directamente sobre
el cuerpo modelado macizo metálico para la producción de una capa
amorfa de entre >20 \mum y hasta varios milímetros de grosor,
o bien serán aleadas sobre la superficie del cuerpo moldeado. La
solidificación rápida de la masa fundida se consigue por el
aprovechamiento del autoenfriamiento del cuerpo moldeado y/o
mediante una refrigeración externa del cuerpo moldeado.
El procedimiento según la invención permite,
ventajosamente, la fabricación de capas macizas amorfas con un
espesor de > 20 \mum hasta aproximadamente 2 milímetros sobre
cuerpos moldeados metálicos macizos con un procedimiento de una
sola fase. De esta manera, se pueden fabricar capas funcionales,
que, tras un tratamiento eventual de las superficies, presentan
todavía un espesor mínimo en el orden de varias décimas de
milímetro.
Para las variantes de aplicación de las
aleaciones que bajo condiciones de solidificación rápida forman
cristales macizos metálicos, pueden utilizarse aleaciones a base de
Mg, Zr, Ti, Fe, Co, Al, Pd o Ni.
Preferiblemente pueden utilizarse aleaciones de
los grupos formados por
Zr-Ti-Al-Cu-Ni,
Pd-Cu-Si,
Pd-Ni-P,
Zr-Cu-Ni-Al, Zr-M-Al-Ni-Cu(M=Ti,Nb,Pd), Fe-(Al,Ga), (Fe,Co)-(Zr,Hf,Nb,Ln)-B y La-Al-Ni-Cu.
Zr-Cu-Ni-Al, Zr-M-Al-Ni-Cu(M=Ti,Nb,Pd), Fe-(Al,Ga), (Fe,Co)-(Zr,Hf,Nb,Ln)-B y La-Al-Ni-Cu.
Para la variante en la que se alean en la
superficie los elementos de aleación que pueden utilizarse bajo
condiciones de solidificación rápida para la formación de cristales
macizos metálicos junto a los elementos del material del cuerpo
moldeado, pueden utilizarse aquellos elementos que junto a los
elementos del material del cuerpo moldeado proporcionan una aleación
maciza amorfa a base de Mg, Zr, Ti, Fe, Co, Al-, Pd o Ni.
Preferiblemente pueden utilizarse aquellos
elementos que junto a los elementos del material del cuerpo
moldeado forman una aleación del grupo Zr-
Ti-Al-Cu-Ni,
Pd-Cu-Si,
Pd-Ni-P,
Zr-Cu-Ni-Al,
Zr-M-Al-Ni-Cu(M=Ti,Nb,Pd),
Fe-(Al,Ga), (Fe,Co)-(Zr,Hf,Nb,Ln)-B y
La-Al-Ni-Cu.
Como radiación de gran energía pueden emplearse
haces de electrones, de rayos láser y/o plasma. Por tanto, el
procedimiento de haces de electrones, debido al vacío en el
recipiente de trabajo, ofrece buenas condiciones para la
elaboración de aleaciones muy afines al oxígeno y, en consecuencia,
especialmente apropiadas para las aleaciones de circonio.
El material que debe ser aplicado o aleado se
utilizará en forma de lámina, banda, alambre, en forma de polvo o
en forma de alambre de relleno o banda de relleno. Resulta
ventajoso que el material que se debe aplicar o alear se utilice en
forma de una lámina amorfa que pueda enrollarse.
Según la invención, pueden aplicarse o alearse
varias capas dispuestas una al lado de la otra. La anchura de la
capa que puede ser producida en una sola fase del proceso depende
de la anchura de la lámina que debe ser elaborada y de la potencia
del dispositivo de haz de electrones dispuesto.
La capa maciza amorfa producida puede ser fundida
de nuevo mediante radiación de gran energía con el fin de
homogeneizar y eliminar las zonas cristalinas de la capa que aún
pudieran estar presentes.
A continuación se describe detalladamente este
procedimiento con algunos ejemplos de realización y un dibujo
correspondiente que muestra una sección de un cuerpo moldeado
revestido según la invención.
Sobre acero C45 se aplica una capa maciza amorfa
mediante un procedimiento de revestimiento por haz de electrones.
Para ello se utiliza una lámina amorfa con un espesor de 50 \mum
y una anchura de 10 mm de una aleación a base de Zr, que contiene un
65% en masa de Zr, un 25,5% en masa de Cu, un 3,9% en masa de Ni y
un 3,6% en masa de Al, y que ha sido fabricada mediante el
procedimiento clásico de hilado por fusión.
La lámina es conducida mediante un dispositivo
transportador de láminas a una velocidad elevada de hasta 20 cm/s
hacia un haz de electrones, cuya energía superficial es de
aproximadamente 2000 Ws/cm^{-2}, estando el campo de energía
subdividido en un campo de precalentamiento y un campo de
fusión.
Para alcanzar una velocidad de refrigeración
suficiente de la capa para una solidificación amorfa, el espesor de
la capa de esta aleación se limita a 0,5 mm.
Al aplicar la capa debe tenerse en cuenta que no
se produzca una mezcla con el material base, puesto que de lo
contrario podría producirse un cambio del compuesto químico del
material de la capa y, en consecuencia, una solidificación
cristalina de la capa.
Como resultado del procedimiento se obtiene un
cuerpo moldeado recubierto con una capa amorfa de un espesor de
aproximadamente 0,5 mm, tal y como se muestra en el dibujo.
En este ejemplo se parte de los mismos materiales
y dispositivos tecnológicos que en el ejemplo 1, sin embargo se
aplican varias trazas de material de revestimiento amorfo
superpuestos sobre el cuerpo moldeado.
A este respecto, se produce una cristalización
parcial dentro de una zona estrecha de solapamiento. Para su
eliminación se vuelve a fundir y homogeneizar la capa aplicada
mediante un dispositivo de generación de haz de electrones sin
influir en el material base, de modo que se produce un
revestimiento macizo amorfo.
Claims (10)
1. Procedimiento para la fabricación de capas
macizas amorfas sobre cuerpos moldeados metálicos,
caracterizado por el hecho de que las aleaciones que son
apropiadas bajo condiciones de solidificación rápida para la
formación de cristales macizos metálicos, o los elementos de
aleación que son apropiados bajo condiciones de solidificación
rápida para la formación de cristales macizos metálicos junto a los
elementos del material del cuerpo moldeado, son aplicados en estado
fundido mediante radiación de gran energía directamente en el
cuerpo moldeado metálico para la producción de una capa amorfa con
un espesor de > 20 \mum hasta varios milímetros, o bien son
aleados sobre la superficie del cuerpo moldeado, de manera que la
solidificación rápida de la masa fundida se consigue aprovechando
el autoenfriamiento del cuerpo moldeado y/o por una refrigeración
externa al cuerpo moldeado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que para la aplicación en
estado fundido bajo condiciones de solidificación rápida se emplea
una aleación a base de Mg, Zr, Ti, Fe, Co, Al, Pd o Ni, que es
adecuada para la formación de cristales metálicos macizos.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que se utilizan una o varias
aleaciones del grupo formado por
Zr-Ti-Al-Cu-Ni,
Pd-Cu-Si,
Pd-Ni-P,
Zr-Cu-Ni-Al,
Zr-M-Al-Ni-Cu(M=Ti,Nb,Pd),
Fe-(Al,Ga), (Fe,Co)-(Zr,Hf,Nb,Ln)-B y
La-Al-Ni-Cu bajo las
condiciones de solidificación rápida que son adecuadas para la
formación de cristales metálicos macizos.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que para la aleación se
emplean elementos que, junto a los elementos del material del
cuerpo moldeado, producen una aleación a base de Mg, Zr, Ti, Fe,
Co, Al, Pd o Ni bajo condiciones de solidificación rápida, que es
adecuada para la formación de cristales metálicos macizos
amorfos.
5. Procedimiento según reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que para la aleación se
emplean elementos que, junto a los elementos del material del
cuerpo moldeado, producen una o varias aleaciones del grupo
Zr-Ti-Al-Cu-Ni,
Pd-Cu-Si,
Pd-Ni-P,
Zr-Cu-Ni-Al,
Zr-M-Al-Ni-
Cu(M=Ti,Nb,Pd), Fe-(Al,Ga),
(Fe,Co)-(Zr,Hf,Nb,Ln)-B y
La-Al-Ni-Cu bajo
condiciones de solidificación rápida, que son adecuadas para la
formación de cristales metálicos macizos.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la radiación de gran
energía usada es un haz de electrones, un haz de láser y/o
plasma.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el material que se va a
aplicar o a alear debe ser usado en forma de lámina, banda,
alambre, en forma de polvo o en forma de una banda de relleno o un
alambre de relleno.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que el material que se va a
aplicar o alear se emplea en forma de una lámina amorfa que puede
enrollarse.
9. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la capa maciza amorfa
producida se vuelve a fundir mediante radiación de gran energía con
el fin de homogeneizar y eliminar las zonas cristalinas de la capa
aún existentes.
10. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que se aplican o se alean
varias capas contiguas y luego estas capas se vuelven a fundir
juntas mediante radiación de gran energía para homogeneizar y
eliminar las zonas cristalinas de la capa aún presentes.
Applications Claiming Priority (4)
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