ES2269654T3 - Procedimiento para la fabricacion de un componente de titanio y aluminio. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un componente preformado utilizando una chapa de titanio (6) plaqueada por laminación, que comprende los siguientes pasos de procedimiento: a) La chapa de titanio (2) se plaquea por laminación con una lámina de aluminio (4) al menos por un lado. b) La chapa de titanio (6) plaqueada por laminación se conforma para formar el componente preformado (10). c) Mediante el tratamiento térmico de la chapa de titanio (6) plaqueada por laminación y conformada para formar el componente preformado, el aluminio de la lámina de aluminio (4) se transforma, con el titanio de la zona de la chapa de titanio (6) adyacente, en una aleación de titanio y aluminio. d) La capa exterior de aleación de titanio y aluminio de la chapa de titanio (6) se transforma en una capa de óxido mixto de titanio y aluminio al entrar en contacto con el oxígeno.

Description

Procedimiento para la fabricación de un componente de titanio y aluminio.

Ya que una chapa fabricada a partir de un solo metal para determinados usos técnicos no suele mostrar, en cierto modo, propiedades óptimas (solidez, protección contra corrosión, deformabilidad, peso ligero), se desarrollaron materiales compuestos formados por chapas plaqueadas por laminación a partir de distintos metales. Especialmente, se conoce una chapa plaqueada por laminación y su fabricación (US-PS 3,711,937 A) que está formada por una chapa de aluminio como chapa de soporte y por una lámina protectora de titanio. Con el fin de unir entre sí los dos componentes mediante el plaqueado por laminación, éstos se conducen, después de calentarlos previamente a 500ºC aprox., a la caja de laminación, donde se unen entre sí de forma compacta, con relación a un 50% máx. de reducción de espesor. Para mejorar la calidad del compuesto de titanio y aluminio en la capa delimitadora, después tiene lugar un tratamiento térmico posterior a una temperatura de 600ºC máx. Una característica de este tipo de chapa compuesta consiste en que el lado exterior de la chapa de aluminio está cubierto por la lámina de titanio puro. Estas chapas compuestas pueden ser adecuadas para una serie de aplicaciones, tales como la construcción aeronáutica, cambiadores de calor e instalaciones electroquímicas. Sin embargo, no son apropiadas en el caso de usos que exigen temperaturas altas, como, por ejemplo, los componentes en los sistemas de gases de escape de motores de combustión interna, donde la temperatura superior a 600ºC es habitual, ya que el aluminio puro no resiste temperaturas de servicio predominantes y el titanio puro no ofrece la suficiente protección contra la corrosión.

Por la memoria de patente US-4,046,304, se conoce otra chapa compuesta por titanio y aluminio y un procedimiento para su fabricación. En el marco de este procedimiento, se une primero una lámina delgada de aluminio con una chapa de base de un material metálico, por ejemplo, de titanio, mediante el plaqueado por laminación fría. Después, se trata por difusión la chapa compuesta, que se creó de esta forma, para la formación de una capa delgada de difusión de titanio y aluminio a 350ºC. En otro paso, para la fabricación de la chapa compuesta definitiva, se coloca una chapa de aluminio en la superficie de aluminio de la chapa compuesta intermedia y se une a ésta a una temperatura de 400ºC mediante el plaqueado por laminación. Por último, la chapa compuesta puede someterse a otro tratamiento térmico para mejorar la composición. La falta de calidad resulta una desventaja en la chapa compuesta fabricada según este procedimiento, debido a la baja resistencia al calor de la parte de aluminio puro.

Por el documento JP-A-63 140 782 se conoce un procedimiento para la fabricación de una chapa de titanio plaqueada por aluminio por los dos lados. En este caso, las capas de aluminio se colocan en la placa de chapa de titanio mediante el plaqueado por laminación y, a continuación, se tratan por difusión a una temperatura de 500 a 600ºC durante 1 a 6 horas, en un horno de paso continuo a vacuo o en una atmósfera de gas inerte. De este modo, se forma un compuesto sólido debajo de las capas individuales de material. Sin embargo, también queda limitada la calidad a temperaturas altas de este compuesto de material debido a la parte de aluminio puro. El documento JP-A-04 160 126 describe la fabricación de productos en forma de chapas delgadas a partir de un compuesto de titanio y aluminio intermetálico, donde una capa intermedia de titanio se une, por los dos lados, a cada capa de aluminio mediante el plaqueado por laminación. Estos tres productos se colocan de manera superpuesta y se someten al plaqueado por laminación. Estos productos de varias capas, que se obtienen de este modo, con una lámina de capa de \leq 20 \mum respectivamente se tratan térmicamente para la difusión a una temperatura de 400 a 1460ºC, de 1 segundo a 100 horas.

El objetivo de la invención se basa en desarrollar un procedimiento para la fabricación de una chapa que pueda emplearse en zonas de temperaturas altas hasta 800ºC, ofrezca una protección suficiente contra la corrosión y pueda deformarse para formar un componente preformado.

Este objetivo se soluciona mediante un procedimiento para la fabricación de un componente preformado utilizando una chapa de titanio plaqueada por laminación, que comprende los siguientes pasos de procedimiento:

a) La chapa de titanio se plaquea por laminación con una lámina de aluminio al menos por un lado, cuyo espesor es preferiblemente pequeño, en comparación con el espesor de la chapa de titanio.

b) La chapa de titanio plaqueada por laminación se conforma para formar el componente preformado.

c) Mediante el tratamiento térmico de la chapa de titanio plaqueada por laminación, el aluminio de la lámina de aluminio se transforma, con la chapa de titanio de la zona de la chapa de titanio adyacente, en una aleación de titanio y aluminio.

d) La capa exterior de aleación de titanio y aluminio de la chapa de titanio se transforma en una capa de óxido mixto de titanio y aluminio al entrar en contacto con el oxígeno.

La aleación de titanio y aluminio y la capa de óxido mixto, que sólo se forman, dado el caso, cuando la chapa de titanio se utiliza técnicamente de acuerdo con la finalidad prevista, ofrecen al titanio una protección contra la corrosión significativamente mejor que el titanio directamente de la fábrica. La desventaja de que la chapa de aluminio no pueda deformarse correctamente después de la formación de la aleación y sólo justo después de la formación de la capa de óxido mixto de titanio y aluminio, se evita deformando la chapa de titanio para formar el componente preformado antes del tratamiento térmico. Especialmente ventajoso resulta que el tratamiento térmico sólo se lleve a cabo cuando el componente preformado se utilice técnicamente de acuerdo con la finalidad prevista, por ejemplo, mediante el calor que reina en los sistemas de gases de escape de los motores de combustión interna.

Para obtener una protección suficiente contra la corrosión mediante un tratamiento térmico de la chapa de titanio que todavía sea sostenible en cuanto a la técnica de fabricación; la lámina de aluminio debe ser muy delgada, en comparación con la chapa de titanio. Una relación de espesores de la lámina de aluminio utilizada y de la chapa de titanio utilizada del orden de una potencia de diez ha dado buenos resultados, especialmente con una chapa de titanio con un espesor de 1 a 2,5 mm y con una lámina de aluminio con un espesor de 0,01 a 0,2 mm. Después del plaqueado por laminación junto con la reducción de espesor de la lámina de aluminio, el espesor de la capa de aluminio debe estar entre 0,02 y 0,06 mm. Este tipo de capas de aluminio delgadas pueden alearse por completo y sin problemas por todo su espesor, de modo que la chapa de titanio muestre una protección contra la corrosión óptima y duradera, incluso bajo condiciones extremas de funcionamiento, como sería en un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna.

A continuación, la invención se explica detalladamente mediante una ilustración que representa, en forma de esquema, el procedimiento según la inven-
ción.

Se retiraron la lámina de aluminio 2 con un espesor de 0,01 a 0,2 mm de una bobina 1 y la chapa de titanio 4 en forma de cinta con un espesor de 1 a 2,5 mm de una bobina 3, y se condujeron a una caja de laminación 5 a temperatura ambiente. En la hendidura de laminación, aumenta la temperatura debido a la presión de laminación y a la fricción de la lámina de aluminio 2 y de la chapa de titanio en forma de cinta 4, de manera superpuesta. Dicho aumento es suficiente para plaquear la lámina de aluminio 2 en la chapa de titanio en forma de cinta 4. Cualquier capa de óxido que pueda afectar la unión se rompe, en una cantidad suficiente, gracias a la fricción entre la lámina de aluminio 2 y la chapa de titanio en forma de cinta 4. Después de salir de la caja de laminación 5, la cinta de titanio 6, plaqueada por aluminio, se lleva a unas tijeras 7 que la tronzan en placas 8. Estas placas 8 pueden apilarse o llevarse a una instalación de tratamiento posterior 9, por ejemplo, a una instalación de corte y deformación para crear componentes preformados 10. Ya que, hasta ahora, no ha tenido lugar ninguna formación de aleación entre la chapa de titanio en forma de cinta 4 y la lámina de aluminio 2 por la falta de un tratamiento térmico, la cinta de titanio plaqueada por aluminio 6 también puede deformarse fácilmente como una chapa compuesta. Por último, los componentes preformados 10 se conducen a un tratamiento térmico 11 que permite el ajuste del perfil de la aleación mediante el control del tiempo y de la temperatura. A continuación, los componentes preformados 10 con la capa de aleación por un lado se exponen a la atmósfera de oxígeno, de modo que se forma la capa de óxido mixto de titanio y aluminio deseada como una capa protectora contra la
corrosión.

Se entiende que, en la chapa de titanio 4, una lámina de aluminio no sólo puede plaquearse en un lado, como en el ejemplo de modelo, sino también en los dos lados. En este caso, se incluiría otra bobina con la lámina de aluminio.

La invención es especialmente adecuada para una distribución del trabajo. El fabricante de la chapa de titanio plaqueada por aluminio suministra ésta en forma de placa o de bobina a un transformador, que fabrica, a partir de éstas, cortes y componentes preformados 10. El transformador puede llevar a cabo el tratamiento térmico de los componentes preformados 10 para formar la aleación como un paso final de fabricación, pero puede prescindirse de esto, si los componentes preformados 10 se exponen, durante la utilización operacional posterior, a temperaturas de servicio que sean suficientes para la formación de la
aleación.

En resumen, resultan las siguientes ventajas de la invención: un peso ligero y una elevada solidez gracias al material utilizado, titanio, buena protección contra la corrosión gracias a la capa de óxido mixto de titanio y aluminio, fácil deformabilidad de la chapa de titanio antes de la formación de la aleación de la capa de óxido mixto de titanio y aluminio, y resistencia a temperaturas altas (superiores a 600ºC).

Claims (5)

1. Procedimiento para la fabricación de un componente preformado utilizando una chapa de titanio (6) plaqueada por laminación, que comprende los siguientes pasos de procedimiento:

a) La chapa de titanio (2) se plaquea por laminación con una lámina de aluminio (4) al menos por un lado.

b) La chapa de titanio (6) plaqueada por laminación se conforma para formar el componente preformado (10).

c) Mediante el tratamiento térmico de la chapa de titanio (6) plaqueada por laminación y conformada para formar el componente preformado, el aluminio de la lámina de aluminio (4) se transforma, con el titanio de la zona de la chapa de titanio (6) adyacente, en una aleación de titanio y aluminio.

d) La capa exterior de aleación de titanio y aluminio de la chapa de titanio (6) se transforma en una capa de óxido mixto de titanio y aluminio al entrar en contacto con el oxígeno.

2. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el tratamiento térmico para la formación de una aleación se lleva a cabo solamente cuando el componente preformado (10) se utiliza técnicamente de acuerdo con la finalidad prevista.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se emplean espesores de material con una relación d/D del orden de una potencia de diez para la lámina de aluminio (4) y la chapa de titanio (6).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplea una chapa de titanio (2) con un espesor (D) de 1 a 2,5 mm y una lámina de aluminio con un espesor (< d) de 0,1 a
0,2 mm.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se reduce el espesor de la capa de aluminio a 0,02 a 0,06 mm en el
plaqueado por laminación.