IT201700012608A1 - Componenti meccanici antifrizione perfezionati, procedimento di rivestimento e vasca dell’impianto per la loro fabbricazione - Google Patents

Description

“Componenti meccanici antifrizione perfezionati, procedimento di rivestimento e vasca dell’impianto per la loro fabbricazione”

Descrizione dell'invenzione

Campo tecnico dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce a componenti meccanici antifrizione perfezionati, al procedimento di rivestimento ed alla vasca dell’impianto per la loro fabbricazione secondo i preamboli delle rivendicazioni 1, 6, 8, nonché ad un impianto contenente detta vasca secondo la rivendicazione 12, ed ai materiali usati per il rivestimento.

Nell'ambito della presente invenzione con il termine di “componenti antifrizione” si intendono i cosiddetti cuscinetti DU e Thrust washer utilizzati in particolare nel settore “oil & gas” e relative valvole, nonché altri componenti simili in grado di fornire oltre ad un basso attrito, anche una elevata resistenza alla corrosione, alla abrasione ed in particolare alla temperatura (sia alta che bassa).

Sfondo tecnologico e tecnica nota

I cuscinetti DU e Thrust washer noti, e richiesti ed utilizzati oggigiorno ampiamente dal mercato, vengono prodotti normalmente in acciai alto legati, e quindi costosi, e vengono ottenuti partendo da lamierino metallico calandrato, oppure mediante preparazione meccanica per formare un substrato, che viene ulteriormente trattato con opportuni rivestimenti.

I componenti antifrizione vengono utilizzati ampiamente in numerosi settori, come per esempio nel campo automobilistico, delle macchine di movimento terra, nel campo ferroviario ed aerospaziale in macchinari in genere nonché, come indicato più sopra, ampiamente nel settore “oil & gas”, ovvero petrolifero, ed in particolare nel settore delle valvole, nel quale vengono utilizzati cuscinetti lisci a basso spessore, vale a dire i cuscinetti DU (tubolari) ed i Thrust washer, ovvero TW, (discoidali). Questi cuscinetti lisci a basso spessore vengono attualmente fabbricati, previa sabbiatura del substrato, incollando un tessuto di teflon oppure, in alternativa, effettuando rivestimenti molto sottili di materiale antifrizione ottenuti con un procedimento PV D (deposizione sottovuoto).

Da prove eseguite e richiamate nel seguito, si è riscontrato che questi cuscinetti noti presentano una resistenza all'erosione e/o all'usura non ottimale, e migliorabile, come pure un coefficiente di attrito non costante nel tempo ed una bassa resistenza alle alte temperature e pessima alle basse temperature (applicazioni criogeniche) per infragilimento .

I numerosi fabbricanti leader che realizzano cuscinetti DU e Thrust washer (come ad esempio GGB - INBEAR - SK F, ecc.) producono detti cuscinetti con spessori mediamente di 2,5 mm utilizzando diversi materiali, anche se gli utilizzatori finali persistono a richiedere la utilizzazione di inconel per limitare i problemi di corrosione a causa del contatto con il fluido nel caso del tessuto incollato o per timore di un danneggiamento del deposito PV D. Da esami eseguiti dagli inventori sulle caratteristiche di questi componenti antifrizione noti in forma di cuscinetti DU e Thrust washer si è riscontrato quanto segue:

coefficiente di attrito (COF)

Il COF rappresenta la caratteristica principale dei prodotti noti del mercato. I costruttori dei cuscinetti presenti sul mercato dichiarano valori da 0,02 a 0,25, in presenza o in assenza di lubrificazione. L 'assenza di lubrificazione nelle valvole porta a considerare i valori di COF più alti, come effettivamente ha luogo in pratica. Eventuali valori più bassi tendono a crescere dopo molti azionamenti (operazioni di apertura/chiusura delle valvole) in condizioni di esercizio, per cui il COF aumenta. Delle misurazioni pratiche hanno indicato un valore medio di 0,15 all'inizio delle prove, valore tendente ad aumentare, come indicato nel seguito.

Prove effettuate

Pur essendo realizzabili DU e TW con codepositi multistrato mediante un procedimento autocatalitico con COF variabili da 0,08 a 0,15, sono stati prodotti con lo stesso metodo, a titolo di prova, come menzionato nel seguito, cuscinetti DU e Thrust washer con COF di valore 0,15 max, rispetto a quanto indicato sopra e destinati ad essere sottoposti a test per validare la qualità dei prodotti. I test sono stati effettuati con un costruttore di valvole, munito di apposite apparecchiature, che ha effettuato diversi test comparativi, con relative misurazioni, su due differenti valvole, utilizzando, su entrambe dette due valvole, tre diversi cuscinetti DU, vale a dire:

1) cuscinetti DU con codeposito multistrato autocatalitico a COF max ; 2) cuscinetti DU in tessuto di teflon;

3) cuscinetti DU con deposito a basso spessore con deposizione PDV .

I test comparativi effettuati hanno evidenziato che il COF è , nella peggiore delle combinazioni possibili del codeposito multistrato utilizzato, uguale a quello dei cuscinetti DU e Thrust washer sul mercato, i quali garantiscono buone prestazioni ma presentano delle serie limitazioni, che sono evidenziate dall’esame delle caratteristiche dei cuscinetti DU (e Thrust washer) sul mercato:

Caratteristiche dei cuscinetti DU (e T hrust washer) sul mercato: sono state esaminate tutte le caratteristiche dei prodotti disponibili in commercio e normalmente utilizzati, le quali sono:

- basso coefficiente di attrito (COF)

Il COF effettivo è lontano dai bassi valori dichiarati, che si ottengono solo in presenza di lubrificazione e che hanno indotto a realizzare DU con fori ribassati, atti a trattenere il lubrificante. A secco i valori effettivi si attestano sui valori più alti con eccezione per quelli con deposizione PV D. - Stabilità del coefficiente di attrito

In entrambi i tipi di cuscinetti (tessuto di teflon e deposizione PV D) si registra un aumento del COF dopo diversi azionamenti della valvola. Nel caso dei DU rivestiti con il procedimento PV D l'aumento è causato dal danneggiamento provocato dal fluido circolante, in particolare se contiene particelle abrasive (ad esempio sabbia) o da aggressione chimica. Nel caso di tessuto di teflon detto tessuto, sottoposto a carico, inizia ad estrudere dopo i primi azionamenti e peggiora dopo molti azionamenti, effetto questo nocivo, a cui si può aggiungere il danneggiamento dovuto al fluido come nel caso della deposizione PV D. Da ciò risulta necessario un aumento delle coppie e delle forze che devono fornire gli azionamenti, che vengono sovradimensionati con evidente aggravio economico.

- Basso valore di carico specifico ammesso (MPa)

La presenza del tessuto di teflon, o di un rivestimento sempre a bassa durezza, limita la possibilità di caricare il cuscinetto a valori di circa 140 MPa. La conseguenza è che il cuscinetto stesso deve avere una dimensione trasversale (altezza) non trascurabile facendo aumentare le dimensioni dei dispositivi che utilizzano detti cuscinetti, ad esempio valvole, con conseguente maggiore dimensionamento, peso e costo di produzione.

- Bassa resistenza alle alte temperature

V iene dichiarato un limite di temperature di 280° C. In realtà la temperatura limite risulta alquanto inferiore, ovvero con valori pari a 150-180°.

Si è inoltre rilevata una resistenza scarsa o nulla alle basse temperature, ovvero in applicazioni criogeniche con temperature frequenti di –20° C o inferiori. Infatti il materiale applicato sui DU e Thrust washer tradizionali presenta una transizione vetrosa dei rivestimenti polimerici con conseguente improvviso aumento della fragilità, che ne provoca lo “sbriciolamento” con ovvie conseguenze dannose.

- Bassa resistenza ad agenti erosivi:

Se i fluidi da trasportare, come si verifica spesso nel settore “oil & gas”, hanno in sospensione materiale abrasivo (ad esempio sabbia) sia i rivestimenti in PV D che quelli con tessuto in teflon tendono ad essere erosi a causa della loro scarsa durezza.

- R esistenza alla corrosione:

I cuscinetti DU e Thrust washer tradizionali assicurano la resistenza alla corrosione utilizzando materiali nobili (inconel), i quali, anche con rivestimento ablato, consentono una buona resistenza. A prescindere dal deperimento di altre caratteristiche (come visto più sopra) è rilevabile un notevole aumento dei costi, in quanto potrebbe essere utilizzato in pratica un normale acciaio al carbonio, o più semplicemente del F316, anche a fronte di specifiche richieste da parte degli utenti.

Compito dell’invenzione

Alla base della presente invenzione è posto il compito di proporre cuscinetti antifrizione DU, Thrust washer e simili perfezionati, nonché un procedimento ed una vasca di deposizione autocatalitica perfezionata per un impianto per la loro fabbricazione, in grado di eliminare gli inconvenienti e svantaggi della tecnica nota.

Rientra parimenti nel compito indicato ottenere codepositi omogenei e di alta qualità con una durezza distribuita sostanzialmente in modo uniforme sull’intera superficie dei cuscinetti e simili.

Soluzione

Il compito indicato viene risolto, secondo l'invenzione, con le caratteristiche delle rivendicazioni 1, 6, 8 e 12.

Ulteriori vantaggiose forme di esecuzione sono rilevabili dalle rivendicazioni dipendenti.

Esposizione dell’invenzione e vantaggi ottenuti

Con i componenti antifrizione perfezionati, il procedimento e la vasca di deposizione autocatalitica dell’impianto per la loro fabbricazione secondo l’invenzione si ottengono numerosi ed importanti vantaggi.

Con i cuscinetti DU, Thrust washer e simili antifrizione prodotti secondo l'invenzione si possono ottenere, in funzione del tipo di multistrato di volta in volta utilizzato, valori di COF variabili da 0,08 a 0,15. Il codeposito multistrato utilizzato viene concepito per ottimizzare nell'insieme le resistenze alla corrosione, alla abrasione e alla bassa ed alta temperatura, nonché il coefficiente di attrito, e per consentire addizionalmente anche un carico fisico elevato. Sì è inoltre costatato che anche se il COF ottenuto non dovesse essere individualmente ottimizzato, e ciò per non danneggiare altri importanti requisiti che si sono osservati, esso si mantiene in ogni caso su valori mediamente migliori rispetto ai prodotti della tecnica nota attualmente disponibili sul mercato e, grazie alla suo mantenersi costante, con una durata praticamente illimitata.

Nei DU rivestiti con codeposito multistrato secondo l'invenzione il COF non aumenta per effetto della estrusione anzi rimane costante e in molti casi si è rilevato che tende addirittura a diminuire per effetto del carico applicato e di azionamenti ripetuti della valvola, la qual cosa costituisce un doppio vantaggio nel caso di azionamenti, che richiedono potenze inferiori, e nel caso particolare in cui si utilizza il codeposito per tenute cosiddette metal to metal, ovvero metallo su metallo, come menzionato ulteriormente nel seguito.

Nel caso del COF per entrambi i tipi di DU e Thrust washer con codeposito multistrato secondo l’invenzione si elimina vantaggiosamente sia la possibilità di estrusione sia la abrasione, la quale risulta minima rispetto ai cuscinetti multistrato noti, in seguito alla maggiore durezza superficiale del cuscinetto, la quale è inoltre aumentabile.

Relativamente al MPa, ovvero al basso valore di carico specifico ammesso, nei cuscinetti DU e Thrust Whasher presenti nel mercato, in quelli con codeposito multistrato il carico ammesso è , nella peggiore delle ipotesi, doppio rispetto alla tecnica nota, ovvero arriva almeno a 280 MPa. Pertanto tali componenti possono essere progettati con dimensioni (altezza e/o diametri) minori rispetto ai cuscinetti della tecnica nota, con conseguente notevole riduzione delle dimensioni e, di riflesso, del peso e del costo del prodotto finale, o valvola, contenente tali cuscinetti.

Un calcolo ottimizzato, partendo da questi componenti, ha permesso di realizzare una valvola con un risparmio sul peso di circa il 20%, la qual cosa si verifica anche sui grezzi. Questo aspetto offre pertanto notevoli vantaggi sia ecologici che economici.

Relativamente alla bassa resistenza alle alte temperature, con i cuscinetti DU e Thrust washer con codeposito multistrato secondo l'invenzione sì ottiene un'ottima resistenza alle alte temperature, con valori di esercizio che possono raggiungere i 500° C, laddove è parimenti consentito arrivare fino a circa 900° C, (considerata una temperatura limite), ed inoltre i cuscinetti secondo l’invenzione non presentano il fenomeno dell'infragilimento vetroso e, di riflesso, risultano adatti anche all'impiego a basse temperature per applicazioni criogeniche, laddove in questo modo non vengono più limitate tali applicazioni come attualmente noto.

Per quanto concerne la bassa resistenza ad agenti erosivi, i cuscinetti DU o Thrust washer secondo l’invenzione con codeposito multistrato non presentano affatto questo problema e presentano una resistenza superiore rispetto ai cuscinetti della tecnica nota, la quale può essere d'altra parte aumentata aumentando la durezza del codeposito multistrato. Con riferimento infine alla resistenza alla corrosione i cuscinetti DU o Thrust washer con codeposito multistrato secondo l’invenzione, essi presentano una resistenza alla corrosione superiore, ovvero più elevata.

I cuscinetti antifrizione secondo l'invenzione consentono pertanto di migliorare le caratteristiche indicate più sopra, le quali sono determinanti per il miglioramento della vita ingegneristica del prodotto nel quale vengono utilizzati i componenti antifrizione secondo l'invenzione.

Un ulteriore vantaggio dell'insegnamento secondo l'invenzione consiste nella possibilità di adeguare i risultati dei requisiti desiderati ad esigenze specifiche incontrate e richieste di volta in volta per i singoli componenti antifrizione agendo in modo mirato ed impostabile sulla composizione dei codepositi multistrato utilizzati. In questo modo è inoltre vantaggiosamente possibile produrre linee di componenti antifrizione diversi od utilizzare come materiale del corpo dei detti componenti semplicemente del normale acciaio al carbonio e/o acciai legati, di costo più economico (F316), in quanto la resistenza alla corrosione ed all'usura viene garantita non più dal materiale base dei componenti, bensì dal rivestimento depositato su di esso secondo l'invenzione.

Diversi aspetti dell'invenzione presentano inoltre ulteriori caratteristiche vantaggiose relative alla fabbricazione di altri componenti antifrizione, come quelli richiamati nel seguito:

- tenute metal to metal:

con questa denominazione si fa riferimento alla realizzazione di due elementi in contatto tra loro e destinati a realizzare una tenuta senza interposizione di elementi soffici e/o guarnizioni, bensì semplicemente con un contatto di metallo contro metallo. Restando, a titolo di esempio, nel settore “oil & gas” tale tenuta è prevista tra seggio e sfera (seggiootturatore), per la quale tenuta si usano abitualmente rivestimenti in WC deposti con metodo HV OF sia sulla sfera che sul seggio. Il ciclo di lavorazione di questi componenti antifrizione noti prevede una rettifica iniziale, il deposito successivo, la rettifica finale ed una operazione di accoppiamento e di “lappatura finale” con controllo di tenuta durante l'operazione di lappatura. La durezza del riporto è limitata dalla necessaria rettifica. Queste numerose lavorazioni richiedono parecchio tempo e aumentano sensibilmente i costi di produzione di questi componenti antifrizione.

Nell'insegnamento secondo l'invenzione l'impiego di un deposito multistrato consente invece, con un notevole risparmio di tempi e di costi, di ottenere lo stesso risultato con un ciclo di fabbricazione che viene modificato come segue: rettifica iniziale, rivestimento multistrato e adattamento. L 'adattamento può anche essere effettuato prima del rivestimento e controllato dopo. La durezza del riporto può essere vantaggiosamente anche preimpostata.

Gli inventori, i quali hanno un’esperienza pluridecennale nel settore dei componenti antifrizione e relative valvole e dispositivi utilizzanti gli stessi, e che conoscono le relative installazioni ed impianti di ditte costruttrici primarie, hanno potuto rilevare che anche tali esecuzioni ed applicazioni sono attualmente ampiamente superate e migliorabili mediante l'impiego in questi componenti antifrizione dei depositi multistrato proposti dall'invenzione.

- Guide di strisciamento lineari

Oltre ai cuscinetti lisci, i depositi multistrato secondo l'invenzione possono essere applicati vantaggiosamente anche alle guide lineari o circolari a strisciamento. In questo caso il riporto del multistrato sostituisce vantaggiosamente il noto materiale antifrizione, come ad esempio la turcite e l'applicazione del multistrato può essere effettuata direttamente sulle slitte, o applicando alle slitte un lamierino trattato (incollato o imbullonato sulle slitte), oppure trattando direttamente la guida stessa.

- Guide di strisciamento rotative

A questi componenti antifrizione appartengono i DU utilizzati nel settore “oil & gas”, come pure anche molti altri tipi di cuscinetti, comprese le cerniere di sostegno di parti rotanti. Nel caso in cui le cerniere debbano sostenere parti molto pesanti e consentire la loro rotazione, l’utilizzo del deposito multistrato secondo l’invenzione risulta vantaggioso per sostituire la nota protezione contro la corrosione.

- Applicazioni diverse

Considerata la resistenza a temperatura e la pressione specifica applicabile a componenti antifrizione, come tali componenti antifrizione va considerata anche una loro esecuzione come bronzine e parti in strisciamento, per esempio nel settore “automotive” e come componenti a strisciamento in motori elettrici, principalmente grazie alla possibilità di ottenere durezze elevate ed elevata resistenza alla temperatura, all'usura, oltre ad un basso coefficiente di attrito, grazie all'impiego dei depositi multistrato proposti dall'invenzione. È anche possibile una applicazione di detti depositi multistrato nelle gabbie dei cuscinetti volventi per ridurre il loro attrito, come pure in altri componenti secondari in generale che sono sottoposti ad un contatto di strisciamento.

Secondo l'invenzione è parimenti possibile la sostituzione del cromo nelle viti degli estrusori e un possibile rivestimento negli ugelli di estrusione. Tutte queste, ed altre possibili applicazioni derivano concettualmente dalla possibilità di “modulare” in modo mirato, secondo l’invenzione, le caratteristiche del deposito multistrato applicato per ottenere sostanzialmente:

- diverse linee di prodotti.

In seguito alla prevista modulazione del numero di strati e della loro composizione, il deposito multistrato secondo l’invenzione consente vantaggiosamente di definire, come indicato, diverse linee di prodotto e di dare un maggiore risalto ad una o più caratteristiche importanti che il rispettivo prodotto, ovvero componente antifrizione, dovrà avere.

V antaggiosamente, secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il deposito multistrato potrà essere realizzato con un numero maggiore o minore di strati, i quali sono costituiti in genere da codepositi autocatalitici, compresa la possibilità di avere eventualmente anche strati elettrolitici.

Materiali usati nei codepositi dell’invenzione e vasca di trattamento Secondo un ulteriore importante aspetto della presente invenzione per l'esecuzione dei codepositi autocatalitici vengono utilizzate vantaggiosamente nanoparticelle che a causa delle loro dimensioni ridotte, richiedono necessarie modifiche e perfezionamenti, nella gestione della vasca di trattamento, tali da garantire una uniforme distribuzione delle nanoparticelle nel bagno ed una utilizzazione delle stesse in rispetto delle norme di sicurezza, criticità risolte ed esposte nel seguito.

Le nanoparticelle utilizzate, vantaggiosamente sia anioniche che catodiche sono di tipo diverso: sferico, qualora occorra diminuire la resistenza all'attrito, oppure nanotubi se è necessario migliorare la resistenza alla corrosione, come ad esempio i codepositi di nichel.

Considerato che la finalità principale del multistrato secondo l'invenzione è quella di poter avere una componente antifrizione finale con caratteristiche complessive di volta in volta adattate a specifiche richieste di mercato, per poter generare linee di prodotti con caratteristiche tra loro diverse, è comprensibile che senza un riferimento ad un caso specifico di componente antifrizione voluto, non sarebbe possibile specificare in modo dettagliato il numero dei codepositi di volta in volta utilizzabili, la composizione di ogni singolo codeposito e la quantità, il numero, la forma e la dimensione delle nanoparticelle utilizzate, essendo la varietà eccessivamente ampia.

Resta comunque la possibilità di fornire le caratteristiche che possono essere ottenute in modo mirato da codepositi di singole nanoparticelle, separatamente o in modo combinato, secondo l’invenzione sono:

- resistenza alla corrosione (per esempio con CrC - Al2O3- TiC – SiC -diamante - Ni nanotubi, ecc.),

- resistenza all'usura (per esempio con Co - SiC - W - Zr, ecc.),

- azione antifrizione/diminuzione del coefficiente di attrito (ad esempio con MoS2- TiS2- PTFE - CFx, ecc.),

laddove il codeposito viene realizzato utilizzando processi di deposizione autocatalitici (di Ni - Co - Pd - Ci - Rd - Ru, ecc.),

e laddove i codepositi stessi possono risultare da combinazioni di diverse sostanze/cariche da immettere nel bagno di trattamento.

Per motivi di sicurezza le nanoparticelle, che in seguito alla loro piccola dimensione possono entrare nei pori della pelle o esplodono, sono usate solo in soluzione acquosa.

Gli inventori osservano inoltre che i noti impianti galvanici autocatalitici comprendono una pluralità di vasche, ciascuna delle quali assolve ad una funzione specifica, come ad esempio ad un decapaggio iniziale dei prodotti da rivestire, una loro sgrassatura, il rivestimento con processo auto catalitico vero e proprio, il lavaggio dei pezzi rivestiti, ecc. e che, come accennato più sopra, a causa dell’utilizzo di nanoparticelle è necessario intervenire sulla vasca di trattamento per garantire una distribuzione omogenea delle stesse nel bagno e di conseguenza nel deposito.

Infatti con impianti e vasche di rivestimento tradizionali i codepositi ottenuti sui pezzi trattati evidenziano una distribuzione non omogenea del metallo auto catalitico e di quello aggiunto tali da formare zone con codeposito disperse in una matrice di metallo auto catalitico.

Questa disomogeneità si riscontra tradizionalmente con aggiunta nel bagno autocatalitico di sostanze con dimensioni di pochi micron e gli inventori hanno rilevato che:

- il bagno nella vasca di trattamento non presenta sempre una costanza uniforme delle concentrazioni esprimibili in g/l delle sostanze/cariche coinvolte nella formazione del rivestimento, ovvero della costanza del rapporto prefissato tra il metallo auto catalitico e il/i materiali del codeposito, e che

- all'interno della vasca sono presenti disuniformità di distribuzione di dette sostanze, a prescindere dalla forma geometrica (generalmente parallelepipedica) e dalle dimensioni della vasca di rivestimento,

- cosa che si traduce in una non omogenea composizione del rivestimento depositato, come detto sopra.

La considerazione di una maggiore difficoltà di distribuzione omogenea di nanoparticelle ha portato ad una modifica della vasca e dei componenti o dispositivi di impianto secondo l’invenzione in grado di eliminare gli inconvenienti citati e di garantire una omogeneità di deposito essenziale per la buona riuscita del trattamento.

Si tratta dei seguenti dispositivi previsti in una vasca di trattamento e consententi una regolazione del bagno, vale a dire pompe di aspirazione e mandata, filtri, serpentine di riscaldamento, dispositivi di agitazione meccanici e/o ad aria integrati da un analizzatore che controlla la composizione del bagno e comanda il reintegro del bagno stesso mediante pompaggio dosato di soluzioni concentrate tale da mantenere costanti le concentrazioni dei componenti definite dal processo.

Con l’ausilio del disegno, illustrante una vasca secondo l’invenzione, vengono descritti nel seguito una vasca secondo l’invenzione ed il procedimento secondo l’invenzione, utilizzante la stessa, atti ad eliminare gli inconvenienti evidenziati più sopra.

Forma di esecuzione preferita

Nei disegni mostrano schematicamente, ed a titolo esemplificativo:

in fig. 1 la vasca secondo l’invenzione in una vista dall’alto,

in fig. 2 la vasca di fig. 1 in una vista laterale,

in fig. 3 la vasca di fig. 1 in una vista frontale,

nelle quali parti uguali presentano uguali numeri di riferimento.

In fig. 4 è illustrata una analisi fluidodinamica (CFD) per una vasca classica, e

in fig. 5 è illustrata una analisi fluidodinamica (CFD) per una vasca modificata secondo l’invenzione.

Secondo l’invenzione nell’attuazione del procedimento di rivestimento autocatalitico proposto, col quale vengono eliminati gli inconvenienti evidenziati più sopra, nella vasca 1 secondo l’invenzione si prevede:

- una usuale fase di misurazione della variazione/diminuzione delle sostanze nel bagno durante il procedimento, e di reintegro di dette sostanze in modo da ripristinare e mantenere sostanzialmente costanti le concentrazioni di partenza del bagno e, di riflesso, in modo da mantenere sostanzialmente inalterata la composizione del rivestimento depositato durante l’intero procedimento autocatalitico.

Il rilevamento della concentrazione delle sostanze nel bagno può avere luogo mediante un noto analizzatore, non illustrato, il cui risultato di lettura viene inviato ad un circuito di compensazione di concentrazione, parimenti non meglio descritto in quanto facilmente realizzabile da un tecnico del ramo,

- una fase di agitazione e rimescolamento del bagno.

Questa fase ha lo scopo di realizzare una distribuzione uniforme delle sostanze in tutto il bagno.

Una prima parte dell'invenzione, seguendo la prassi utilizza una efficace azione di agitazione e rimescolamento del bagno nella vasca 1, ottenuta per esempio mediante tubazioni, non illustrate, nel bagno che insufflano aria (ossigeno) non estranea alle reazioni, tubazioni ed ugelli relativi sistemati in funzione delle dimensioni della vasca 1. Poiché la presenza di nanoparticelle rende più critico il problema della distribuzione uniforme delle sostanze nel bagno e di conseguenza nel deposito,

una seconda parte dell'invenzione per mantenere costante concentrazione ed agitazione e rimescolamento adeguati utilizza i seguenti accorgimenti nella costruzione della vasca di rivestimento 1.

La vasca 1, prevista nell’esempio in forma di un parallelepipedo, come abituale, presenta una parete anteriore 1A, una parete posteriore 1P ed una parete di fondo 1F. Nella vasca 1 sono previste una o due paratie laterali in base alla analisi fluidodinamica (CFD) che dimostra la utilità degli stramazzi, laddove la fig. 4 mostra una vasca classica senza stramazzi e la fig. 5 una vasca secondo l’invenzione con stramazzi ed eduttori, e con relative linee di flusso.

Si osserva che in fig. 4, vicino alla mandata il valore dell’energia cinetica sarà di due ordini di grandezza superiore rispetto ai valori riscontrati in prossimità della parete opposta ed in prossimità dell’aspirazione, la qual cosa avrà ricadute notevoli sul tasso di deposizione.

Nell’esempio illustrato sono previste due paratie 2, 3 in prossimità dei lati corti 4, 5 della vasca 1. Le paratie 2, 3 sono progettate e realizzate per avere una altezza inferiore a quella del bagno (figg. 2, 3). In questo modo le stesse fungono da scarico (output) del bagno generando due stramazzi laterali S2 e S3 che versano il liquido, che proviene dal processo all’interno della vasca 1, nelle due camere laterali 8 e 9.

Tali paratie 2, 3 formano pertanto, con i lati corti 4, 5 della vasca 1, camere 8, 9 di omogeneizzazione e mantenimento del soluto, nelle quali ha luogo la fase di omogeneizzazione e mantenimento del soluto. Da dette camere, o vasche supplementari 8, 9, il fluido viene aspirato dal fondo ( in 6 e 7) ed inviato mediante pompe 10, 11 (il numero dipende dalla dimensione della vasca 1) nella parte bassa della parete 1A della vasca 1, dotate di eduttori orientabili (water eductor), non rilevabili, i quali aumentano la portata con effetto V enturi rovesciato.

L 'ingresso del fluido avviene nel fianco ortogonale a quello delle paratie 2, 3 e gli eduttori vengono posti nella parte bassa della vasca, i quali, anche grazie all'orientamento, ed al rimescolamento generato dagli stramazzi S2 e S3, risultano molto efficaci per generare una turbolenza che consente di ottenere la omogeneizzazione del bagno di lavoro. Il numero, la disposizione, l'orientamento e la portata ottimali dei punti di ingresso verranno stabiliti in funzione della dimensione e della forma della vasca di rivestimento 1.

Come detto le paratie laterali 2, 3 sono alimentate dal bagno principale per stramazzo e consentono quindi di effettuare una analisi del soluto che ha partecipato alla reazione ed il ripristino delle condizioni ottimali. È ovvio che il quantitativo dei materiali aggiunti nel bagno in g/l dipende dalla sostanza impiegata e dalle caratteristiche globali mirate volute.

Un terzo aspetto dell’invenzione per migliorare l’agitazione e l'uniformità di distribuzione delle particelle, in particolare nanoparticelle, sul fondo della vasca di rivestimento 1 vengono previsti vantaggiosamente trasduttori ad ultrasuoni 12, i quali garantiscono la nucleazione e la uniforme distribuzione delle particelle sull’intera superficie del componente da rivestire.

Inoltre, in base al volume ed alla forma della vasca, l'aggiunta di uno o più agitatori meccanici 13 orientabili favorisce ulteriormente la distribuzione delle nanoparticelle sui componenti da rivestire.

Si osserva infine che una variazione delle dimensioni e/o della forma della vasca di trattamento non altera i principi d insegnamenti esposti più sopra e richiede solamente una specifica disposizione ed una determinata quantità dei dispositivi illustrati più sopra, facilmente determinabili da un operatore del ramo che dispone delle indicazioni illustrate più sopra.

Secondo un corrispondente insegnamento della presente invenzione pertanto le vasche perfezionate proposte comprendono i menzionati mezzi atti a produrre una messa in turbolenza del bagno nella vasca determinante una omogeneizzazione del bagno di lavoro, nonché i menzionati mezzi atti a misurare la concentrazione delle sostanze nel bagno e a mantenere il valore di concentrazione prefissato di dette sostanze nel bagno con conseguente mantenimento costante ed inalterato della composizione del rivestimento depositato sull’intera superficie dei componenti antifrizione.

Dalla descrizione funzionale e strutturale soprastante dei cuscinetti e simili perfezionati, dal procedimento e dalla vasca di un impianto galvanico autocatalitico per il rivestimento di componenti antifrizione, come cuscinetti DU, Thrust washer e simili è rilevabile che con detti componenti antifrizione e con il procedimento e la vasca di trattamento secondo l’invenzione ed il relativo impianto si risolve efficacemente il compito indicato e si conseguono i vantaggi menzionati.

In pratica gli esperti del ramo potranno indicare modifiche e varianti concernenti, ad esempio, i metalli e sostanze/cariche per realizzare i codepositi mono e multistrato autocatalitici illustrati, oppure concernenti le fasi del procedimento proposto oppure la conformazione e l’equipaggiamento della vasca illustrata per l’esecuzione del procedimento autocatalitico utilizzato, prevedendo per esempio anche una sola paratoia nel caso di vasche piuttosto piccole, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione come descritta e rivendicata.

L egenda

1 vasca

1A parete anteriore vasca

1P parete posteriore vasca

1F parete di fondo vasca

2 paratia - S2 stramazzo

3 paratia - S3 stramazzo

4 lato corto

5 lato corto

6 uscita sul fondo camera 8 alle pompe 10....n

7 uscita sul fondo camera 9 alle pompe 11… n

8 camera di omogeneizzazione

9 camera di omogeneizzazione

10 pompa

11 pompa

12 trasduttori ad ultrasuoni

13 agitatori meccanici orientabili

Claims (12)

1. R ivendicazioni 1. Componenti antifrizione perfezionati, come cuscinetti DU, cuscinetti Thrust washer e simili, comprendenti un componente metallico rivestito esternamente con uno riporto (strato) antifrizione, caratterizzati dal fatto che i. lo strato antifrizione dei corpi dei cuscinetti DU, cuscinetti Thrust washer e simili componenti antifrizione è costituito da un codeposito mono o multistrato autocatalitico strutturato atto a conferire al componente oltre alle caratteristiche antifrizione (basso COF) anche quelle desiderate di durezza e/o di resistenza alla corrosione ed alla temperatura sia alta che bassa, ii. che le caratteristiche del codeposito autocatalitico sono sostanzialmente uniformi sull’intera superficie dei componenti antifrizione con distribuzione omogenea del materiale aggiunto al bagno autocatalitico, con utilizzo di nanoparticelle, iii. che il codeposito autocatalitico multistrato è atto a supportare pressioni specifiche molto elevate e a consentire una riduzione delle dimensioni trasversali dei cuscinetti e di ottimizzare così i progetti che li usano, iv. e che il codeposito è atto a non deperire alle alte temperature e a non infragilire alle basse temperature.
2. 2. Componenti antifrizione perfezionati secondo la rivendicazione 1, caratterizzati dal fatto che i corpi dei componenti antifrizione sono realizzati con acciaio al carbonio o acciai basso legati.
3. 3. Componenti antifrizione perfezionati secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzati dal fatto che nel codeposito multistrato autocatalitico è contenuta dispersa una carica di nanoparticelle, sia anioniche che cationiche, che nel bagno sono utilizzate esclusivamente in soluzione acquosa per ragioni di sicurezza, vale a dire nanoparticelle - ceramiche (Zl, W, V , Mo, ecc.), e/o - polimeriche (CFx, ecc.), e/o - di carburi (WC, ecc.), e/o - di polveri insolubili (metalliche o non metalliche ), e/o - di diamante, laddove la presenza di una o più composizioni diverse, è atta a migliorare una o più di una delle caratteristiche finali impostabili (usura, corrosione, attrito, temperatura).
4. 4. Componenti antifrizione perfezionati secondo la rivendicazione 3, caratterizzati dal fatto che negli stessi le nanoparticelle sono di forma diversa, come di forma sferica, in forma di nanotubi di nichel, ecc.
5. 5. Componenti antifrizione perfezionati secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzati dal fatto che nel codeposito multistrato le sostanze delle cariche, nonché le nanoparticelle, sono microdisperse e distribuite in modo sostanzialmente uniforme sull’intera superficie del componente antifrizione, laddove dette nanoparticelle sono presenti in quantità variabili da 2 g/l a 20 g/l.
6. 6. Procedimento per la produzione di componenti antifrizione perfezionati, come cuscinetti DU, cuscinetti Thrust washer e simili secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5, comprendenti un corpo di componente rivestito esternamente con uno strato antifrizione, caratterizzato dal fatto che lo strato antifrizione dei corpi dei cuscinetti DU, cuscinetti Thrust washer e simili componenti antifrizione è realizzato utilizzando un procedimento di codeposito mono o multistrato autocatalitico comprendente ulteriormente: i. una fase di messa in turbolenza del bagno atta a determinare una omogeneizzazione del bagno di lavoro, nonché ii. una fase di misurazione del valore di presenza delle sostanze nel bagno e di contemporaneo mantenimento del valore di concentrazione prefissato di dette sostanze in modo da mantenere costante ed inalterata la composizione del rivestimento depositato sull’intera superficie dei componenti antifrizione, laddove detta misurazione può essere effettuata in camere separate.
7. 7. Procedimento per la produzione di codepositi mono e/o multistrato auto catalitici su componenti antifrizione secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la fase di messa in turbolenza e rimescolamento del bagno viene realizzata mediante immissione nella vasca di deposizione di un gas, preferibilmente aria, in pressione tramite tubazioni munite di ugelli erogatori distribuite sul fondo della vasca di trattamento sostanzialmente lungo il suo perimetro e nella zona centrale.
8. 8. V asca di un impianto galvanico autocatalitico per il rivestimento di componenti antifrizione secondo le rivendicazioni da 1 a 5 in un bagno di deposizione autocatalitica secondo il procedimento secondo le rivendicazioni 6 e 7, caratterizzata dal fatto di comprendere i. mezzi atti a produrre una messa in turbolenza del bagno nella vasca determinante una omogeneizzazione del bagno di lavoro, nonché ii. mezzi atti a misurare la concentrazione delle sostanze nel bagno e a mantenere il valore di concentrazione prefissato di dette sostanze nel bagno con conseguente mantenimento costante ed inalterato della composizione del rivestimento depositato sull’intera superficie dei componenti antifrizione.
9. 9. V asca secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che nella vasca è previsto un analizzatore per il rilevamento del valore di concentrazione delle polveri nel bagno, il quale analizzatore è collegato operativamente con un circuito di ripristino e mantenimento di un valore di concentrazione delle polveri nel bagno prefissato, rispettivamente impostabile, e dal fatto che nella vasca i mezzi per la messa in agitazione e il rimescolamento del bagno sono formati da tubazioni con ugelli per l'erogazione di un gas compresso, come aria, le quali tubazioni sono disposte sul fondo della vasca, sostanzialmente lungo il perimetro di quest’ultima e nella zona centrale.
10. 10. V asca secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che la vasca (1), nel caso di una vasca parallelepipedica, presenta: - in prossimità di almeno uno dei lati di testa corti (4, 5), rispettivamente una paratia (2, 3) di altezza minore di detti lati di testa (4, 5) e che definiscono con questi ultimi una camera di analisi (8, 9), la quale riceve per stramazzo (S2, S3) il liquido del bagno, - un analizzatore in almeno una camera di analisi (8, 9), atto a rilevare il valore della concentrazione delle polveri nel bagno ed operativamente collegato con un circuito di ripristino e mantenimento di un valore di concentrazione preimpostato delle polveri nel bagno, laddove il fluido viene introdotto nella vasca di lavoro, ovvero deposizione, da dette camere di analisi (8,9) mediante pompe (10, 11) la cui tubazione di uscita presenta eduttori sfocianti in corrispondenza del fondo (1F) della vasca (1) nel lato anteriore della stessa, laddove il numero, la disposizione, l'orientamento e la portata dei detti eduttori sono determinabili in funzione delle dimensioni e della forma della vasca.
11. 11. V asca, secondo le rivendicazioni 9 e 10, caratterizzata dal fatto che sul fondo (1F) della vasca sono disposti trasduttori ad ultrasuoni (12) atti a determinare la nucleazione e la uniforme distribuzione delle particelle e nanoparticelle sui componenti da rivestire, laddove sulle pareti laterali (1A, 1P) e/o sul fondo (1F) della vasca (1) sono previsti agitatori meccanici (13) orientabili, atti a favorire una distribuzione sostanzialmente uniforme delle nanoparticelle sui componenti da trattare.
12. 12. Impianto galvanico autocatalitico per il rivestimento di componenti antifrizione in un bagno di deposizione autocatalitica, caratterizzato dal fatto di comprendere una vasca (1) di deposizione di codepositi mono o multistrato autocatalitici secondo le rivendicazioni da 8 a 11.