ES2964094T3 - Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento utilizando una aleación y/o de un material - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para producir una capa deslizante de un cojinete de contacto deslizante usando una de las siguientes aleaciones y/o materiales, específicamente SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Zn, CuSn12Ni2, CuAHOFe1, bronces de estaño y bronces de aluminio, materiales de aluminio y aleaciones producidas a partir de los mismos. para producir una capa deslizante de un cojinete de contacto deslizante mediante un método de deposición basado en láser de una de estas aleaciones y/o materiales sobre un cuerpo principal, donde se proporcionan la aleación y/o los materiales que se van a aplicar mediante deposición en forma de polvo o de polvo comprimido o como alambre. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento utilizando una aleación y/o de un material
La invención se refiere al uso de una aleación y/o de un material, tal como se conoce, por ejemplo, por el documento DE 3209604 A1, para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento hidrodinámico, y a un procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento hidrodinámico utilizando la aleación y/o el material, en particular de aleaciones a base de estaño y aleaciones de bronce y de aluminio.
Para la producción de revestimientos metálicos de alta resistencia, que se producen como compuesto con materiales de soporte metálicos, se han de utilizar materiales metálicos de alta resistencia especiales que se aplican sobre los materiales de soporte metálicos (cuerpo base). A menudo se utilizan materiales de alta resistencia a base de estaño, que tienen buenas propiedades de deslizamiento, rodaje, empotramiento y marcha de emergencia. Además, se deben utilizar elementos adicionales cuando el revestimiento está sometido a mayores cargas térmicas o cuando la carga estática y dinámica del revestimiento es alta, como en el caso de cojinetes sometidos a cargas de choque e impacto. Son ejemplos de aplicación típicos los cojinetes sometidos a cargas elevadas en compresores, pistones y máquinas de expansión e instalaciones laminadoras.
En el caso de cojinetes de deslizamiento hidrodinámicos que presentan una capa deslizante de una aleación a base de estaño (“metal blanco”), la aplicación de la aleación se efectúa generalmente mediante el procedimiento de fundición centrífuga o estacionaria. A este respecto, el cuerpo base se estaña previamente para conseguir una buena unión con la capa de aleación aplicada posteriormente.
Para conseguir una buena unión entre las capas metálicas, hasta ahora era necesario un tratamiento previo de la superficie de unión del cuerpo de soporte metálico debido al problema de adhesión. Para una fundición compuesta entre cuerpos base metálicos, tales como acero, acero fundido, fundición gris, bronce y materiales de revestimiento que contienen estaño, se necesitan, por ejemplo, agentes decapantes y/o un estañado de la superficie de unión. Esto conduce a etapas de procedimiento complejas, costosas y a menudo también perjudiciales para el medio ambiente. En algunos procedimientos y emparejamientos de materiales se necesitan capas intermedias metálicas adicionales, lo que supone un esfuerzo considerable.
Actualmente, se producen revestimientos de este tipo por medio de procedimientos de fundición complejos. Éstos requieren un control preciso de la temperatura y, a menudo, un tratamiento previo del material base con agentes decapantes en su mayoría tóxicos, tales como compuestos de cloruro de zinc. Además, se necesita una aleación fundible que pueda aplicarse al material de soporte sin segregación u otros fenómenos de separación de mezclas. Además, en el procedimiento de fundición es necesario un calentamiento definido del cuerpo base y un enfriamiento definido después del vaciado para lograr una buena calidad de la estructura cristalina, una alta homogeneidad y unión mediante un control uniforme de la temperatura en ambas capas. Tras la aplicación de la capa metálica que contiene estaño, también es necesario un tratamiento posterior de mecanizado con arranque de virutas para conferir al revestimiento su forma definitiva. Esto requiere la previsión de una instalación de fundición y equipos de seguimiento y procesamiento posterior correspondientes. En la práctica suele resultar difícil colar una capa metálica cristalina, homogénea y de alta resistencia, en cuerpos base complejos con espesores de material muy variables.
El grupo de aleaciones “IWK” son aleaciones especiales a base de estaño para cojinetes de deslizamiento con una proporción del 11-14 % de antimonio, 5-7 % de cobre, 0,1-3 % de bismuto, 0,1-2 % de zinc y 0,01-0,5 % de telurio. Este grupo solo puede procesarse de forma muy limitada con el procedimiento de fundición centrífuga o estacionaria convencional, ya que el estañado del cuerpo base no es suficiente para conseguir una buena unión. Es necesario un tratamiento previo especial y complejo de galvanizado con estaño. Por este motivo, las aleaciones “ IWK” aún no se han consolidado en el mercado, a pesar de sus excelentes propiedades.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar el uso de una aleación y/o de un material para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento hidrodinámico y un procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento hidrodinámico utilizando la aleación y/o el material, en particular de aleaciones a base de estaño, bronce y aluminio, que simplifique el proceso de producción y mejore las propiedades del cojinete de deslizamiento. Este objetivo se consigue mediante la combinación de características según la reivindicación 1.
Según la invención se propone el uso de una de las siguientes aleaciones y/o materiales, en concreto SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Zn, CuSn12Ni2, CuAl10Fe1, bronces de estaño y de aluminio, materiales de aluminio y aleaciones a partir de los mismos, para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento por medio de un procedimiento de aplicación basado en láser de una de estas aleaciones y/o materiales sobre un cuerpo base. La aleación y/o el material para la aplicación están presentes en forma de polvo o polvo compactado o en forma de alambre.
Cuando se utilizan las aleaciones SnSb8Cu4 y SnSb12Cu6Zn, se consigue una mayor seguridad del proceso, una mayor rentabilidad y una resistencia de unión mejorada. El procesamiento de bronces de estaño y de aluminio, tales como, por ejemplo, de polvo de CuSn12Ni2 y CuAl10Fe1 en procedimientos de aplicación basados en láser, posibilita nuevas composiciones de capas deslizantes. Estos materiales poseen buenas propiedades tribológicas en condiciones operativas críticas. Una mayor capacidad de carga, la reducción de tamaño y el aumento de parámetros mecánicos junto con condiciones de temperatura elevadas son solo algunos de los potenciales que se pueden utilizar de forma eficaz.
Según la invención está previsto que la aleación sea una aleación a base de estaño con una proporción del 11-14 % de antimonio, 5-7 % de cobre, 0,1-3 % de bismuto, 0,1-2 % de zinc y 0,01-0,5 % de telurio.
Las aleaciones “IWK” usadas pueden usarse sin que sea necesario un tratamiento previo complejo. Las propiedades tecnológicas de las aleaciones “IWK”, tales como por ejemplo la resistencia, tenacidad, resistencia a la fluencia y resistencia a la temperatura, superan a las aleaciones de metales blancos establecidas hasta la fecha. Por lo tanto, su utilización es especialmente concebible en condiciones de funcionamiento críticas. Debido a la mayor capacidad de carga, también se pueden utilizar los potenciales derivados de la reducción de tamaño.
En un ejemplo de realización de la invención está previsto que el tamaño de grano del polvo sea de 1-250 pm. De este modo el tamaño de grano del polvo utilizado se adapta al procedimiento de procesamiento y esto conduce a resultados de procesamiento óptimos.
Además, es favorable un uso en el que la aleación SnSb12Cu6Zn se aplica sin refinadores de grano y en otra variante ventajosa está previsto según la invención que las aleaciones y/o el material presenten una proporción reducida de refinadores de grano o ningún refinador de grano.
En estas aleaciones existe, mediante la supresión opcional y selectiva de refinadores de grano tales como, por ejemplo, plata, que para el proceso de fundición, debido a sus velocidades de enfriamiento relativamente lentas, tienen un efecto de seguridad y, por lo tanto, son necesarios, la posibilidad de modificar los polvos de tal manera que en procedimientos de aplicación basados en láser con sus características velocidades de enfriamiento rápidas puedan generarse buenos resultados y superestructuras de capas estructurales. Una sustitución u omisión de refinadores de grano conduciría a ventajas económicas considerables.
En una forma de realización preferente de la invención, el polvo o el polvo compactado se produce por medio de uno de los procedimientos de atomización consistentes en atomización con gas, atomización con agua, atomización con mezcla de gas/agua o por medio de procedimientos de producción de polvo, tales como, por ejemplo, el Proceso de Electrodo Rotatorio de Plasma (PREp , por sus siglas en inglés), o procesos de producción de polvo basados en potencia de fricción.
Además, según la invención, se propone un procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento utilizando una aleación y/o un material según las características anteriores, por medio de un procedimiento de aplicación basado en láser sobre un cuerpo base. La aleación y/o el material para la aplicación están presentes en forma de polvo o polvo compactado o también en forma de alambre.
Con una estrategia de revestimiento inversa, se pueden aprovechar ventajas significativas en la fabricación del producto. Los cuerpos base fundidos y sin microporos, que en un momento posterior sirven de capa funcional (capa protectora contra el deslizamiento/desgaste), se pueden revestir con cualquier combinación de materiales. De esta manera, componentes que requieren menos densidad de energía en el proceso de producción se pueden generar dado el caso más rápido y, por lo tanto, son más rentables.
El procedimiento de producción se realiza con preferencia de tal manera que el procedimiento de aplicación basado en láser sea soldadura por aplicación de polvo por láser o soldadura de alambre por láser.
En otra variante ventajosa, está previsto según la invención que el revestimiento sea una capa deslizante o una capa protectora contra el desgaste y se aplique sobre el cuerpo base con un espesor de 0,1-10 mm. A este respecto, es favorable que el espesor de la capa deslizante varíe y esté adaptado al caso de aplicación correspondiente.
También es ventajoso que el revestimiento se produzca como un sistema de revestimiento multicapa y que se incorporen capas tampón, de una o varias capas, de otros materiales. La ventaja de esto es que las propiedades del material del revestimiento se adaptan aun más a cada caso de aplicación y se optimizan para el mismo.
En una realización alternativa del presente procedimiento de producción está previsto, además, que el CuSn12Ni2 se pulverice y se aplique en forma de polvo, dado el caso también en forma de alambre, en el procedimiento basado en láser, en donde se emplean procesos de calentamiento previo y/o posterior. Dado que este material actualmente solo se funde de forma convencional y, por lo tanto, no está disponible, se crea un nuevo polvo disponible para el revestimiento que, según las características anteriores, presenta muy buenas propiedades de material para una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento.
En un ejemplo de realización de la invención está previsto que a partir de la aleación se produzcan cuerpos base con la adición de los grupos de materiales consistentes en bronces de estaño y de aluminio, así como otras aleaciones de aluminio. De este modo se mejora aun más la unión de las aleaciones y/o materiales con el cuerpo base.
En un ejemplo de realización preferente de la invención, el cuerpo base se produce por medio de un proceso de fundición o mediante fabricación aditiva, y en una forma de realización ventajosa de la invención está previsto que el cuerpo base presente una estructura plana, cilíndrica, convexa o cóncava, incluyendo la posibilidad de llevar a cabo un revestimiento interior o exterior. Estos cuerpos base, a continuación de su proceso de producción, pueden revestirse por una o varias caras, así como por el interior y el exterior, con polvos metálicos (metales ferrosos y no ferrosos) y/o no metálicos, iguales o diferentes, con variación del tamaño de grano de 1-250 micras, dado el caso utilizando una o varias capas tampón, que también están construidas a partir de cualquier sistema de material, con la soldadura por aplicación de polvo por láser o soldadura de alambre por láser. En este caso es posible una multicapa.
Claims (13)
1. Uso de una de las siguientes aleaciones y/o materiales, en concreto SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Zn, CuSn12Ni2, CuAl10Fe1, bronces de estaño y de aluminio, materiales de aluminio y aleaciones producidas a partir de los mismos, para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamientohidrodinámico, por medio de un procedimiento de aplicación basado en láser de una de estas aleaciones y/o materiales sobre un cuerpo base,en dondela aleación y/o el material para la aplicación están en forma de polvo o polvo compactado o en forma de alambre,caracterizado por quela aleación es una aleación a base de estaño con una proporción del 11-14 % de antimonio, 5-7 % de cobre, 0,1-3 % de bismuto, 0,1-2 % de zinc y 0,01-0,5 % de telurio.
2. Uso de una aleación y/o de un material para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 1, en donde el límite de grano del polvo/tamaño de grano del polvo es de 1-250 |jm.
3. Uso de una aleación y/o de un material para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la aleación SnSb12Cu6Zn se aplica sin refinador de grano.
4. Uso de una aleación y/o de un material para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una de las reivindicaciones precedentes, en donde las aleaciones y/o los materiales presentan una proporción reducida de refinador de grano o ningún refinador de grano.
5. Uso de una aleación y/o de un material para la producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el polvo o el polvo compactado se producen por medio de uno de los procedimientos de atomización consistentes en atomización con gas, atomización con agua o atomización con mezcla de gas/agua o un procedimiento de producción de polvo consistente en el Proceso de Electrodo Rotatorio de Plasma (PREP) o procesos de producción de polvo basados en potencia de fricción.
6. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento hidrodinámico mediante el uso de una aleación y/o de un material según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, por medio de un procedimiento de aplicación basado en láser sobre un cuerpo base, en donde la aleación y/o el material para la aplicación están presentes en forma de polvo, polvo compactado o en forma de alambre.
7. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 6, en donde el procedimiento de aplicación basado en láser es una soldadura por aplicación de polvo por láser o soldadura de alambre por láser.
8. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 6 o 7, en donde el revestimiento es una capa deslizante o capa de protección contra el desgaste y se aplica sobre el cuerpo base con un espesor de 0,1-10 mm.
9. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde el revestimiento se produce como un sistema de revestimiento multicapa y se incorporan capas tampón, de una o varias capas, de otros materiales.
10. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en donde CuSn12Ni2 se pulveriza y se aplica en forma de polvo o en forma de alambre en el procedimiento basado en láser, en donde se aplican procesos de calentamiento previo y/o posterior.
11. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en donde se producen cuerpos base a partir de la aleación con la adición de los grupos de materiales consistentes en bronces de estaño y de aluminio, así como otras aleaciones de aluminio.
12. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, en donde el cuerpo base se produce por medio de un proceso de fundición o mediante fabricación aditiva.
13. Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en donde el cuerpo base tiene una estructura plana, cilindrica, convexa o cóncava.
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