ITCO20090056A1

ITCO20090056A1 - Substrato placcato non elettricamente con composto di nickel e metodo

Info

Publication number: ITCO20090056A1
Application number: IT000056A
Authority: IT
Inventors: Massimo Giannozzi; Eugenio Giorni; Francesco Sorbo
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-01
Also published as: KR20120101476A; WO2011064276A2; MX2012006235A; US20130143031A1; BR112012012830A2; CN102713003B; CN102713003A; RU2012122109A; IT1397144B1; AU2010323163A1; EP2507406A2; CA2782421A1; WO2011064276A3; JP2013512335A

Description

DESCRIZIONE

ARTE NOTA CAMPO DELL’INVENZIONE

Le realizzazioni dell'oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono di norma a metodi e sistemi e, più particolarmente, a meccanismi e tecniche atti a placcare un substrato con un rivestimento resistente all'usura.

RIASSUNTO DELL’ARTE NOTA

Vari compressori sono usati nell'industria petrolchimica e petrolifera. Molti di questi sono impiegati per pompare un liquido di processo, che può corrodersi o interagire in modo indesiderato col materiale del compressore. Per questa ragione, sono utilizzate varie tecniche per proteggere il compressore. Uno di questi metodi è la nichelatura chimica (electroless nickel plating, ENP).

La nichelatura chimica produce un rivestimento in lega di nichel fosforo su un substrato. Il tenore di fosforo nei rivestimenti di nichelatura chimica può spaziare dal 4% a 13%. È usato comunemente nelle applicazioni ingegneristiche dei rivestimenti che richiedono resistenza all'usura, durezza e protezione dall'abrasione. Altre applicazioni della nichelatura chimica possono includere rotori, alberi motore, utensili elettrici/meccanici, valvole per pozzi petroliferi ecc.. Data l'elevata durezza del rivestimento, può essere impiegata anche per recuperare i particolari usurati. Rivestimenti compresi fra 0,001 e 0,004 pollici possono essere applicati ai componenti usurati e quindi il rivestimento può essere rilavorato di macchina ed essere portato alle dimensioni finali. Dato il profilo di deposizione uniforme, questi rivestimenti possono essere applicati a componenti complessi non particolarmente idonei per altri rivestimenti antiusura come quelli a base di cromo.

La nichelatura chimica è una reazione autocatalitica che non richiede una corrente elettrica per depositare un rivestimento di nichel su un substrato. Questo processo si differenzia dalla deposizione elettrolitica dei metalli, in cui è necessario far passare una corrente elettrica attraverso la soluzione per formare un deposito. Questa tecnica di placcatura è usata per prevenire l'abrasione e l'usura. Le tecniche di nichelatura chimica possono essere impiegate anche per produrre rivestimenti compositi sospendendo della polvere in un bagno in cui è immerso il substrato.

La nichelatura chimica ha diversi vantaggi rispetto all'elettrodeposizione. Priva delle problematiche di densità di flusso e dell'alimentazione elettrica, la nichelatura chimica assicura un deposito uniforme indipendentemente dalla geometria del pezzo e, con un appropriato catalizzatore in fase di pre-nichelatura, può assicurare una deposizione su superfici non conduttive.

Si illustra ora un sistema di deposizione di nichel chimica tradizionale con riferimento alla Figura 1. Il sistema 10 include una cella 12 in cui è predisposto un bagno specifico 14. La composizione del bagno 14 varia da applicazione ad applicazione e dipende da una moltitudine di fattori. Un ventilatore 16 può essere predisposto per mantenere una distribuzione omogenea del contenuto del bagno 14. Un substrato 18, che può essere un disco, da rivestire, è predisposto su un supporto 20, che è immerso completamente nel bagno 14. Un materiale 22 con cui si desidera rivestire il substrato 18 è aggiunto al bagno 14 e un ventilatore 16 è attivato per distribuire in modo più uniforme il materiale desiderato 22 nel bagno e mantenere le particelle del materiale in costante agitazione durante la nichelatura. Il materiale desiderato 22 può includere Ni, P, SiC, BC, e ZrO2. Tuttavia, le composizioni note della nichelatura chimica hanno un tempo di vita breve una volta depositate su un manicotto di compressore.

Di conseguenza, sarebbe auspicabile realizzare sistemi e metodi che prevengano i suddetti problemi e svantaggi.

DESCRIZIONE SOMMARIA

Secondo una realizzazione esemplificativa, si ha un metodo atto a rivestire un substrato con particelle resistenti all'usura mediante la nichelatura chimica. Il metodo include l'immersione del substrato in un bagno con un sale di Ni predisposto in una cella, con aggiunta al bagno di particelle di Nitruro di Boro cubico (cBN) aventi dimensioni predeterminate al bagno in modo da produrre una concentrazione predeterminata di cBN, mantenendo il substrato nel bagno con le particelle di cBN per un tempo predeterminato e rimuovendo il substrato, ove il substrato rimosso ha un rivestimento di cBN e Ni in un primo intervallo.

Un'ulteriore realizzazione esemplificativa prevede un metodo atto a rivestire un substrato con particelle resistenti all'usura mediante la nichelatura chimica. Il metodo include l'immersione del substrato in un bagno con un sale di Ni predisposto in una cella, con aggiunta al bagno di particelle di Nitruro di Boro cubico (cBN) aventi dimensioni predeterminate in modo da produrre una concentrazione predeterminata e particelle esagonali di BN (eBN) aventi dimensioni e una concentrazione predeterminate, il cui bagno include un sale di Ni, mantenendo il substrato nel bagno con le particelle di cBN e hBN per un tempo predeterminato, e rimuovendo il substrato, ove il substrato rimosso ha un rivestimento di cBN, hBN e Ni in un primo intervallo. Secondo un'altra realizzazione esemplificativa ancora, è previsto un substrato che include un rivestimento comprendente particelle resistenti all'usura depositato sul substrato mediante nichelatura chimica, il cui rivestimento include particelle di Nitruro di Boro cubico (cBN) aventi dimensioni comprese fra 6 e 20 µm per oltre la metà delle particelle di cBN.

Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, è previsto un substrato che include un rivestimento comprendente particelle resistenti all'usura depositato sul substrato mediante nichelatura chimica, il cui rivestimento include particelle di Nitruro di Boro esagonale (hBN) e Nitruro di Boro cubico (cBN), le cui particelle di cBN hanno dimensioni comprese fra 6 e 12 µm per oltre la metà delle particelle e le particelle di hBN hanno dimensioni comprese tra 6 e 10 µm per oltre la metà delle particelle. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

I disegni di accompagnamento, che sono integrati nella descrizione dettagliata di cui costituiscono parte, rappresentano una o più realizzazioni e, unitamente alla descrizione, illustrano tali realizzazioni.

Nei disegni:

la Figura 1 è un diagramma schematico di un sistema di nichelatura chimica convenzionale;

la Figura 2 è uno schema di flusso che illustra le reazioni chimiche che hanno luogo nel processo di nichelatura;

la Figura 3 illustra vari materiali compositi usati per il rivestimento di un substrato secondo una realizzazione esemplificativa;

la Figura 4 illustra una perdita di metallo per i vari materiali compositi della Figura 3;

la Figura 5 è un grafico che rappresenta la perdita di peso media dei vari materiali compositi della Figura 3;

la Figura 6 è un grafico che rappresenta le velocità di usura medie dei vari materiali compositi della Figura 3;

la Figura 7 è una tabella che illustra i valori numerici relativi alla perdita di peso e alla velocità di usura dei vari materiali compositi della Figura 3;

la Figura 8 è un diagramma schematico di un sistema di rivestimento di un substrato con uno o più dei materiali compositi della Figura 3 secondo una realizzazione esemplificativa;

la Figura 9 è un diagramma schematico di un sistema di rivestimento un substrato con un o più dei materiali compositi della Figura 3 secondo un'altra realizzazione esemplificativa;

la Figura 10 è un diagramma di flusso che illustra le fasi richieste per rivestire un substrato con particelle di cBN e Ni secondo una realizzazione esemplificativa; e

la Figura 11 è un diagramma di flusso che illustra le fasi richieste per rivestire un substrato con particelle di cBN, hBN e Ni secondo una realizzazione esemplificativa;

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La seguente descrizione delle realizzazioni esemplificative fa riferimento ai disegni di accompagnamento. Gli stessi numeri di riferimento in diversi disegni identificano gli stessi elementi o elementi simili. La seguente descrizione dettagliata non limita l’invenzione. Il campo d’applicazione dell’invenzione è invece definito dalle rivendicazioni allegate. Le seguenti realizzazioni sono trattate, per ragioni di semplicità, in relazione alla terminologia e struttura di un compressore alternativo. Tuttavia, le realizzazioni qui di seguito trattate non si limitano a questi sistemi, ma possono essere applicate ad altri substrati che operano in ambienti corrosivi e sono sottoposti a usura meccanica.

In tutta la descrizione dettagliata il riferimento a “una realizzazione” sta a indicare che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una realizzazione, è inclusa in almeno una realizzazione dell’oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo delle espressioni "in una realizzazione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima realizzazione. Inoltre, le particolari caratteristiche, strutture o proprietà possono essere combinate in qualsiasi modalità idonea in una o più realizzazioni.

Come sopra esposto, i rivestimenti di nichelatura chimica sono noti nell'arte. Tuttavia, i rivestimenti di nichelatura chimica possono includere particelle di ceramica (compositi di nichelatura chimica) atte a migliorare le proprietà meccaniche del substrato su cui è applicato il rivestimento. Alcuni compositi di nichelatura chimica quali Al2O3e SiC sono anch'essi noti nell'arte. Tuttavia, i compositi di nichelatura chimica noti non hanno prodotto rivestimenti caratterizzati dalla robustezza e dalla resistenza all'usura auspicate.

Secondo una realizzazione esemplificativa, sono stati aggiunti alla nichelatura chimica convenzionale i seguenti materiali compositi: Carburo di silicio (SiC), Diamante (c-C), Nitruro di Boro cubico (cBN), come pure particelle autolubrificanti quali quelle di Nitruro di Boro (BN) esagonale (hBN). Varie concentrazioni e dimensioni di particelle sono state oggetto d'indagine come sarà discusso più avanti. Alcune delle nuove composizioni esaminate presentano eccezionali proprietà paragonate ad altre, traducendosi così in rivestimenti atti a resistere all'usura meccanica e/o agli ambienti corrosivi. Si noti tuttavia che esiste un numero elevato di combinazioni di Ni e altre particelle da analizzare. Insorgono ulteriori complicazioni a seguito dell'elevata varietà di concentrazioni e dimensioni delle particelle, solo per menzionarne alcune, in relazione alle particelle da aggiungere alla nichelatura chimica.

Va pertanto notato che non sarebbe ovvio per un esperto del ramo combinare la concentrazione / le dimensioni corrette di particelle note con la nichelatura chimica convenzionale in quanto tale arte non è prevedibile e una esigua variazione di uno dei parametri delle particelle potrebbe tradursi in ampie modifiche delle proprietà dei rivestimenti come sarà discusso più avanti.

Secondo una realizzazione esemplificativa, sono trattati i componenti di un bagno ed il loro effetto con riferimento alla Figura 2. La Figura 2 mostra che due componenti del bagno 14 sono sali di nichel 30 e agenti riducenti 32. I sali di nichel 30 forniscono il materiale (Ni) per la deposizione del rivestimento e gli agenti riducenti determinano la riduzione degli ioni di nichel. A seguito dell'interazione dei sali di nichel 30 con gli agenti riducenti 32 nella cella 12, si ottengono vari rivestimenti di Ni. Per esempio, un rivestimento di Ni-P 34 o un rivestimento di Ni-P 36 o un rivestimento di Ni-P 38 possono essere ottenuti in funzione dell'agente riducente usato. In un'applicazione, si utilizza esclusivamente Ipofosfito di Sodio come agente riducente. Vengono prodotti elementi ossidati durante il processo di rivestimento come illustrato nella Figura 2 nei riquadri 34, 36, e 38.

I bagni possono essere divisi in bagni di ipofosfito e bagni a base di composti di boro e azoto. Il bagno di ipofosfito può produrre rivestimenti con un tenore di fosforo compreso fra l'1% e il 15% di peso. Il tenore di fosforo è fortemente dipendente dalla composizione del bagno e soprattutto dal valore pH del bagno. Più acida è la soluzione di nichelatura, maggiore sarà la concentrazione di fosforo nel rivestimento. Anche la temperatura incide sul comportamento del bagno ed è preferibile che non superi i 90°C. Essendo complessa la composizione del bagno, può essere impiegato un numero elevato di composizioni con risultati diversi.

Rivestimenti di Ni-B e Ni-N possono essere depositati dalle soluzioni contenenti composti riducenti a base di boro e azoto. Tali rivestimenti mostrano una buona resistenza all'abrasione e all'usura, anche più elevata delle leghe di Ni-P. Tuttavia, la loro deposizione ha luogo solo dalle soluzioni alcaline, per esempio, con pH compreso fra 8 e 14 per la deposizione di Ni-B e fra 8 e 10 per la deposizione di lega di Ni-N. Questo svantaggio è reale perché in presenza di queste condizioni non può essere conseguita una buona aderenza sui substrati d'acciaio. Gli agenti riducenti impiegati per la preparazione dello strato di Ni-B sono il boroidruro di sodio e dimetilammina borano, mentre il composto riducente per la deposizione di Ni-N usa l'idrazina.

Altri additivi che potrebbero essere usati sono i leganti organici, gli agenti acceleranti, gli agenti stabilizzanti, i controllori di pH e/o gli agenti umettanti. Gli additivi sono impiegati per migliorare la stabilità dei bagni di nichelatura chimica e per mantenere una velocità di deposizione costante, per esempio, tra 10 e 20 µm/ora.

Per ottenere rivestimenti compositi di nichelatura chimica, al bagno si aggiunge una sospensione di particelle di ceramica. Alcune delle particelle sospese possono aderire a una superficie di un deposito crescente (rivestimento) in modo da formare le inclusioni che rafforzano il rivestimento. La maggior parte delle caratteristiche del processo di deposizione sono indipendenti della natura chimica dei materiali ceramici. Quest'aspetto può essere compreso considerando che l'interazione delle particelle di ceramica con la soluzione e il deposito crescente sono dovuti esclusivamente alle forze elettrostatiche e gravitazionali.

Poiché le forze elettrostatiche dipendono dalla carica superficiale delle particelle e le forze gravitazionali sono proporzionali alla massa delle particelle, ci sono dei limiti alle dimensioni delle particelle che possono essere incluse nel rivestimento. Le soluzioni di particelle con diametri maggiori di 30 µm sono instabili e tendono a precipitare se sono agitate vigorosamente. D'altra parte, se i diametri delle particelle sono piccoli, le forze elettrostatiche possono condurre alla coagulazione. Tale fenomeno può produrre l'inomogeneità nella distribuzione delle particelle nel rivestimento. La coagulazione può essere evitata mediante aggiunta di surfattanti nell'intervallo di concentrazione di alcune ppm. Secondo una realizzazione esemplificativa, un bagno avente la composizione e le caratteristiche elencate alla Tabella 1 è stato predisposto nella cella 12 ed il ventilatore 16 è stato attivato per mantenere l'agitazione del bagno. Polveri di ceramica aventi varie composizioni sono stati aggiunte a questo bagno, come sarà discusso più avanti.

Tabella 1

NiS04·6 H2O 50,9 g/l

NaH2P02· H2O 30 g/l

CH3COONa· 3 H2O 45 g/l

Acido L-lattico 85% 24 ml/l

Tiurea 1,5 mg/l

pH 4,0

Temperatura da 85 a 90°C

Dischi sperimentali 18 sono stati collocati nel bagno 14 in modo tale da ottenere una deposizione dei compositi di nichelatura chimica su questi dischi. In un'applicazione, un diametro del disco è 5 cm. I rivestimenti sono stati applicati lungo un perimetro esterno del disco, dove un carico è applicato durante i test di usura. Più specificamente a proposito dei test di usura, le soluzioni di nichelatura chimica sono state sottoposti a test di usura ricorrendo a una configurazione "blocco contro disco", che utilizza un disco placcato 42CrMo4 (0,50 mm x 10 mm). Il disco viene ruotato in modo che la sua periferia entri in contatto con un blocco, che produce l'usura sul rivestimento del disco. La velocità di scorrimento e il carico di contatto tra il blocco e il disco potrebbe essere rispettivamente di 1,5 m/s e 80 N. Possono essere utilizzati anche altri valori. L'usura viene misurata una volta contata una distanza di 10.000 m, ossia il disco ruota un numero di volte pari a 10.000 diviso per la circonferenza del disco. L'usura è valutata misurando provini per la perdita di metallo ogni 2500 m. Vengono testati tre provini per ogni soluzione di nichelatura. Prima del test, i rivestimenti possono essere sottoposti a invecchiamento artificiale in un forno ad aria a 400°C per 4 ore. Per esempio, se un tenore di P è inferiore al 7%, nessun trattamento termico deve essere eseguito.

Uno spessore del disco può essere di 1 cm, mentre uno spessore del contatto tra il blocco che esercita l'usura e il disco può ammontare a circa 8 mm. Si aggiunge l'abrasione al test di usura per scorrimento, nel punto di contatto tra il blocco e il disco, disperdendo 80 g di sfere di corindone da 120 mesh in 40 ml di sospensione di particelle di allumina da 0,1 µm e 40 ml di acqua distillata. Il materiale del blocco (per esempio, acciaio 42CrM04) è termicamente trattato, per esempio, con trattamenti di tempra e rinvenimento. Le dimensioni del disco non sono ritenute correlate alla capacità di applicare i rivestimenti e gli stessi rivestimenti possono essere depositati in compressori più grandi, per esempio, con dimensioni comprese fra 10 cm e 10 m. I test di usura condotti nelle realizzazioni esemplificative sono trattati più avanti. I seguenti rivestimenti sono stati depositati e sono stati oggetto di indagine. Inizialmente, sono stati depositati rivestimenti in Ni-P e compositi di Ni-P su un substrato d'acciaio 42CrM04. I rivestiment i avevano uno spessore fino a 100 µm. Possono essere ottenuti rivestimenti di spessore inferiore o superiore in funzione del tempo che il substrato è lasciato nel bagno. La deposizione dell'allumina mediante nichelatura chimica è ottenuta con concentrazioni nella soluzione comprese fra 5 g/l e 20 g/l. Le concentrazioni volumetriche sono ottenute utilizzando una sospensione di particelle alfa di allumina da 0,1 µm e risultano di 15,8, 9,3 e 8,6 Vol % rispettivamente per sospensioni di 20 g/l, 10 g/l e 5 g/l. I rivestimenti depositati mostrano una distribuzione omogenea delle inclusioni di ceramica. La durezza dei rivestimenti è risultata essere 980 Knoop con un carico da 100 g. Knoop è un'unità utilizzata in un test di durezza per la durezza meccanica usata particolarmente per materiali molto fragili o lamiere sottili, in cui può essere praticata solo una piccola intaccatura a fini di prova. Il test di Knoop è eseguito premendo una punta di diamante piramidale nella superficie levigata del materiale sottoposto a prova con una forza nota, per un tempo di sosta specificato, e l'intaccatura risultante è misurata utilizzando un microscopio. La disossidazione della superficie di substrato può essere eseguita immergendo i provini (i dischi) per meno di 60 secondi in una soluzione contenente HCl al 30% in peso.

La deposizione di rivestimenti di nichelatura chimica con Si-C è stata eseguita con particelle di dimensioni diverse e diverse concentrazioni come illustrato alla Figura 3. La Figura 3 rappresenta nella colonna 40 la composizione chimica dei materiali depositati sul substrato. La colonna 42 indica una dimensione delle particelle che sono depositate. La colonna 44 indica una concentrazione delle particelle depositate. La concentrazione si riferisce alla concentrazione delle particelle nel bagno prima di essere depositate sul substrato. La colonna 46 indica la dimensione delle particelle lubrificanti e la colonna 48 indica una concentrazione delle particelle lubrificanti.

Una quantità delle particelle di Si-C incorporate nel rivestimento è stata misurata come funzione della concentrazione di particelle di Si-C nella soluzione di nichelatura chimica. Per l'intervallo di concentrazioni (per esempio, 20, 40 e 80 g/l) e mesh (per esempio, 1500, 1000 e 600) di Si-C esaminato, ove mesh è noto nel settore come un numero di aperture per pollice (lineare) di un materiale a maglia, sulle particelle di ceramica incorporate incidono lievemente i mesh delle particelle e il contenuto del bagno di nichelatura chimica. Un aumento delle dimensioni delle particelle si traduce in un incremento della concentrazione di particelle incorporate.

In una realizzazione esemplificativa, tutti i rivestimenti di SiC e nichel chimico sono stati preparati secondo il protocollo di preparazione sopra indicato. Il rivestimento più performante (SiC, 600 mesh, 20 g/l) ha presentato una perdita di peso di 80 mg nel test di 10.000 m. La perdita di peso è l'ammontare del rivestimento e/o di substrato perso a causa dell'usura. In termini di spessore, la perdita media nel test di 10.000 m è risultata compresa in un intervallo fra 10 e 15 µm.

In una realizzazione esemplificativa, il parametro che è risultato avere un grand'effetto sulla resistenza all'usura della sonda è la granulometria della ceramica. Il cambiamento di dimensione da mesh 1000 a 600 ingenera un aumento dell'usura di quattro volte tanto. Su tale base, un ulteriore aumento del mesh delle particelle a 400 è stato tentato per migliorare la resistenza all'usura. Tuttavia, l'aumento della dimensione dei granuli aumenta il peso delle particelle depositate, rendendo la deposizione di un rivestimento omogeneo un'impresa difficile. I provini depositati in presenza di tali condizioni presentano grandi differenze sulla distribuzione granulometrica lungo la superficie del provino.

Ora saranno trattati alcuni parametri dei test di usura eseguiti sui vari provini. Il carico applicato è stato lo stesso per tutti i provini analizzati ed era regolato a 80 N. La velocità di scorrimento del carico relativo al provino era di 1,5 m/s. Quattro misurazioni di peso sono state eseguite su ciascun provino analizzato. I punti di misurazione erano: 2500, 5000, 7500 e 10000 m. La Figura 4 elenca i vari provini analizzati e le loro composizioni chimiche sull'asse X e la perdita di metallo dovuta all'usura sull'asse Y. I provini illustrati dalla Figura 4 sono stati sottoposti a invecchiamento artificiale per circa 4 ore a intorno a 400<0>C. Per ciascun provino utilizzato sull'asse X sono riportate anche le dimensioni delle particelle del materiale ceramico e la concentrazione nel bagno del materiale ceramico. Le barre indicate in Figura 4 includono un numero che è indicativo della perdita di metallo in mg. Va osservato che i compositi di nichelatura chimica desiderati sono quelli che registrano una perdita di metallo inferiore a 60 mg. Questi compositi sono ENP cBN (10-20 µm, 20 g/l); ENP cBN (6-12 µm, 20 g/l); ENP cBN (6-12 µm, 20 g/l) hBN (10 g/l); ENP cBN (6-12 µm, 20 g/l) hBN (20 g/l); ENP cBN (6-12 µm, 20 g/l) hBN (40 g/l); and ENP cBN (6-12 µm, 10 g/l). La perdita di metallo per questi provini è stata di un quarto rispetto al tradizionale rivestimento in cobalto/carburo di tungsteno (88WC12Co) (che viene spruzzato su un substrato) in termini di peso e di una metà in termini di spessore poiché la densità di WC-Co (cobalto legato a carburo di tungsteno) è doppia rispetto a quella del nichel chimico.

Le Figure 5 e 6 indicano le velocità di usura e le perdite di peso medie per i provini analizzati. La Figura 7 rappresenta le perdite di peso e le velocità di usura relative a tutti i provini analizzati in formato tabellare. I rivestimenti più performanti sono dei rivestimenti in ENP-cBN, con mesh della polvere 6-12 e 10-20 µm. Le migliori concentrazioni delle particelle nella soluzione sono risultate 20 g/l (0,0015 mg/m) seguite da 10 g/l (0,0035 mg/m) e 40 g/l (0,0105 mg/m). Un aumento della velocità d'usura con la concentrazione di polvere nella sospensione di deposizione è stato registrato per tutti i materiali analizzati a prescindere dal caso delle particelle di allumina che sono risultate essere più efficaci quando sono state depositate per soluzioni di 40 g/l. Tuttavia, le particelle di allumina non appaiono efficaci come il carburo di silicio, il nitruro di boro cubici ed il diamante, per aumentare la resistenza all'usura del substrato. Il migliore rivestimento in composito di nichelatura chimica a base di allumina ha prodotto velocità d'usura che sono risultate dieci e più volte più elevate dei rivestimenti a base di nitruro di boro.

I rivestimenti compositi in nichel chimico con SiC 20 g/l, mesh 600, hanno prodotto prestazioni intermedie con velocità d'usura di 0,008 mg/m, che sono più elevate di quelle dei rivestimenti in nitruro di boro 10 g/l e 20 g/l, ma inferiori rispetto ai rivestimenti in nitruro di boro 40 g/l. Sono stati esaminati anche i rivestimenti in composito di diamante e hanno prodotto prestazioni più basse rispetto ai rivestimenti basati su cBN.

E' stata presa in considerazione anche l'aggiunta di hBN come lubrificante. I test sono stati eseguiti aggiungendo hBN nella concentrazione di 10 e 20 g/l contenente polveri di c-BN da 6-12 µm, in quanto sono risultate rappresentare il rivestimento più performante. Tuttavia, tale aggiunta non si è tradotta in un elevato miglioramento della resistenza all'usura. Piuttosto le velocità d'usura sono risultate lievemente maggiori rispetto a quelle dei semplici rivestimenti di EN-cBN (0,0022 mg/m) probabilmente grazie al consumo della più morbida polvere di h-BN. Inoltre, non è stato riscontrato alcun miglioramento della resistenza del contro-blocco. Il migliore rivestimento in termini di resistenza all'usura è risultato essere quello ottenuto da c-BN 20 g/l, 6-12 µm. Si noti che un rivestimento comprendente particelle aventi dimensioni di 6-12 µm non implica che ciascuna singola particella di tale rivestimento abbia una dimensione compresa nell'intervallo osservato. Secondo una realizzazione esemplificativa, oltre la metà delle particelle nel rivestimento ha una dimensione compresa nell'intervallo osservato, mentre altre particelle possono avere una dimensione minore o maggiore dell'intervallo osservato. Tuttavia, secondo un'altra realizzazione esemplificativa, si ritiene che oltre il 90% delle particelle abbia dimensioni comprese nell'intervallo dato. Per il particolare settore dei compressori e delle condotte associate, soprattutto quelli che presentano geometrie complesse, per esempio, le superfici che non sono facilmente accessibili, la deposizione di rivestimenti sopra trattata si è rivelata utile ed efficiente. Sui rivestimenti di nichelatura chimica semplici non incide solitamente la geometria del provino e lo spessore del rivestimento è omogeneo. Tuttavia, l'uso di sospensioni di ceramica è diverso dai rivestimenti semplici di nichelatura chimica e richiede la convezione forzata delle particelle per mantenere la polvere omogeneamente sospesa.

Pertanto, secondo una realizzazione esemplificativa, il flusso di liquido è mantenuto sia predisponendo il ventilatore sull'intero substrato 18 in modo che riceva il rivestimento come rappresentato nella Figura 8, o costringendo il liquido con una pompa 90 a muoversi attraverso i particolari interni del substrato 18 come indicato alla Figura 9. In una realizzazione, una sorgente di particelle 92 può essere predisposta in modo da fornire particelle del materiale desiderato 22, essendo queste particelle consumate dal processo di deposizione. La sorgente di particelle 92 può essere configurata in modo da fornire continuamente e/o costantemente i materiali desiderati. Nel caso in cui più di un tipo di particelle sia fornito al bagno, potrà essere utilizzata più di una sorgente di particelle 92. Secondo una realizzazione esemplificativa, il substrato 18 è mantenuto immerso nel bagno 14 per un numero predeterminato di ore, che dipende da uno spessore del rivestimento che si desidera sia depositato. Uno spessore del rivestimento depositato può essere compreso tra 2 e 500 µm, con uno spessore preferito tra 50 a 200 µm.

Secondo una realizzazione esemplificativa, in riferimento alla Figura 10 sono trattate le fasi necessarie per rivestire un substrato con particelle resistenti all'usura mediante nichelatura (Ni) chimica. Il metodo rappresentato alla Figura 10 include una fase 1000 di immersione del substrato in un bagno predisposto in una cella, una fase 1002 di aggiunta al bagno di particelle di Nitruro di Boro cubico (il cBN) aventi una dimensione predeterminata in modo da ottenere una concentrazione predeterminata di cBN, il cui bagno include un sale di Ni, una fase 1004 di mantenimento del substrato nel bagno con le particelle di cBN per un tempo predeterminato, e una fase 1006 di rimozione del substrato il quale, rimosso, ha un rivestimento di cBN e Ni in un primo intervallo. Il primo intervallo può essere compreso tra 50 e 200 µm. Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, con riferimento alla Figura 11 sono trattate le fasi necessarie per rivestire un substrato con particelle resistenti all'usura mediante nichelatura chimica. Il metodo raffigurato sulla Figura 11 include una fase 1100 di immersione del substrato in un bagno predisposto in una cella, una fase 1102 di aggiunta al bagno di particelle di Nitruro di Boro cubico (cBN) e particelle di BN esagonale (hBN) aventi ciascuna una dimensione predeterminata e una concentrazione predeterminata di cBN e hBN, il cui bagno include un sale di Ni, una fase 1104 di mantenimento del substrato nel bagno con le particelle di cBN e hBN per un tempo predeterminato, e una fase 1006 di rimozione del substrato il quale, rimosso, ha un rivestimento di cBN, hBN e Ni in un primo intervallo. Il primo intervallo può essere compreso tra 50 e 200 µm. In entrambi i metodi, una volta rimosso dal bagno il substrato rivestito, può essere applicato un trattamento termico, per esempio, per circa 4 ore e a circa 400<0>C. Altri valori possono essere usati in funzione dell'applicazione e del tenore di P.

Le fasi facoltative possono includere una costante agitazione del bagno e delle particelle di cBN mentre il substrato è nel bagno, il trattamento termico del rivestimento sul substrato per circa 4 ore a una temperatura di circa 400<0>C, con il substrato costituito da un particolare del compressore, e la predisposizione di un ventilatore sull'intero particolare del compressore.

Le realizzazioni esemplificative divulgate forniscono un sistema, un substrato ed un metodo atti a rivestire il substrato con particelle resistenti all'usura mediante nichelatura chimica. Dovrebbe essere compreso che questa descrizione non è concepita al fine di limitare l’invenzione. Al contrario, le realizzazioni esemplificative sono concepite per coprire possibili alternative, modifiche e modelli equivalenti, insiti nello spirito e nell’ambito dell’invenzione, come definito dalle rivendicazioni accluse. Inoltre, nella descrizione dettagliata delle realizzazioni esemplificative, sono esposti numerosi dettagli specifici al fine di consentire una comprensione esauriente dell’invenzione rivendicata. Tuttavia, l’esperto dell’arte comprenderebbe che varie realizzazioni possono essere attuate senza tali dettagli specifici.

Nonostante le caratteristiche e gli elementi delle presenti realizzazioni esemplificative siano descritti nelle realizzazioni in particolari combinazioni, ciascuna caratteristica o ciascun elemento possono essere utilizzati singolarmente senza le altre caratteristiche e gli altri elementi delle realizzazioni o in varie combinazioni con o senza altre caratteristiche e altri elementi divulgati dal presente documento.

La presente descrizione scritta utilizza degli esempi dell’oggetto del presente per consentire a qualsiasi esperto in materia di attuare l'invenzione, compresi la realizzazione e l'utilizzo di qualsiasi dispositivo o sistema e l'esecuzione di qualsiasi metodo incorporato. Il campo d'applicazione brevettabile dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni e può includere altri esempi che possono venire in mente agli esperti in materia. Tali altri esempi rientrano nell'ambito delle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo di rivestimento di un substrato con particelle resistenti all'usura mediante nichelatura (Ni) chimica, comprendente: l'immersione del substrato in un bagno predisposto in una cella, tale bagno contenente un sale di Ni; l'aggiunta al bagno di particelle di Nitruro di Boro cubico (cBN) aventi una dimensione predeterminata in modo da produrre una concentrazione predeterminata di cBN; il mantenimento del substrato nel bagno con le particelle di cBN per un periodo predeterminato; e la rimozione del substrato il quale, rimosso, presenta un rivestimento di cBN e Ni in un primo intervallo. 2. Il metodo della rivendicazione 1, in cui la dimensione predeterminata è compresa tra 6 e 20 µm per oltre la metà delle particelle di cBN, la concentrazione predeterminata è compresa tra 18 e 25 g/l, e il primo intervallo è compreso tra 50 e 200 µm. 3. Il metodo della rivendicazione 1, in cui la dimensione predeterminata è compresa tra 6 e 20 µm per oltre la metà delle particelle di cBN, la concentrazione predeterminata è compresa circa tra 8 e 15 g/l, e il primo intervallo è compreso tra 50 e 200 µm. 4. Il metodo della Rivendicazione 1, comprendente inoltre: la fornitura di particelle di cBN aggiuntive al bagno durante il rivestimento del substrato al fine di compensare quelle particelle di cBN che si depositano sul substrato. 5. Un metodo atto a rivestire un substrato con particelle resistenti all'usura mediante nichelatura (Ni) chimica, comprendente: l'immersione del substrato in un bagno predisposto in una cella, tale bagno contenente un sale di Ni; l'aggiunta al bagno di particelle di Nitruro di Boro cubico (cBN) aventi una dimensione predeterminata ed una concentrazione predeterminata e particelle di BN esagonale (hBN) aventi una dimensione predeterminata e una concentrazione predeterminata; il mantenimento del substrato nel bagno con le particelle di cBN e hBN per un periodo di tempo predeterminato; e la rimozione del substrato il quale, rimosso, presenta un rivestimento di cBN, hBN, e Ni in un primo intervallo. 6. Il metodo della rivendicazione 5, in cui la dimensione predeterminata delle particelle di cBN è tra 6 e 12 µm per oltre la metà delle particelle di cBN e la concentrazione predeterminata delle particelle di cBN nel bagno è tra 18 e 25 g/l, la dimensione predeterminata delle particelle di hBN è tra 6 e 10 µm per oltre la metà delle particelle di hBN e la concentrazione predeterminata delle particelle di hBN nel bagno è tra 8 e 45, e il primo intervallo è compreso fra 50 e 200 µm. 7. Il metodo della rivendicazione 5, in cui la dimensione predeterminata delle particelle di cBN è tra 6 e 12 µm per oltre la metà delle particelle di cBN e la concentrazione predeterminata delle particelle di cBN nel bagno è tra 8 e 15 g/l, la dimensione predeterminata delle particelle di hBN è tra 6 e 10 µm per oltre la metà delle particelle di hBN e la concentrazione predeterminata delle particelle di hBN nel bagno è tra 8 e 15 g/l, e il primo intervallo è compreso tra 50 e 200 µm. 8. Il metodo della Rivendicazione 7, comprendente inoltre: la fornitura di particelle aggiuntive di cBN e hBN durante il rivestimento del substrato al bagno in modo da compensare quelle particelle che si depositano sul substrato. 9. Un substrato, comprendente: un rivestimento comprendente particelle resistenti all'usura depositate sul substrato mediante nichelatura (Ni) chimica, il cui rivestimento include particelle di Nitruro di Boro cubico (il cBN) aventi una dimensione compresa tra 6 e 20 µm per oltre la metà delle particelle di cBN. 10. Un substrato, comprendente: un rivestimento comprendente particelle resistenti all'usura depositate sul substrato mediante nichelatura (Ni) chimica, il cui rivestimento include particelle di Nitruro di Boro esagonale (hBN) e di Nitruro di Boro cubico (cBN), le particelle di cBN aventi una dimensione compresa tra 6 e 12 µm per oltre la metà delle particelle e le particelle di hBN aventi una dimensione compresa a tra 6 e 10 µm per oltre la metà delle particelle. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. A method for coating a substrate with wear resistant particles by electroless nickel (Ni) plating, the method comprising: immersing the substrate in a bath provided in a cell, the bath having a Ni salt; adding cubic Boron Nitride (cBN) particles having a predetermined size to the bath so as to produce a predetermined concentration of cBN; maintaining the substrate in the bath with the cBN particles for a predetermined time; and removing the substrate, wherein the removed substrate has a coating of cBN and Ni in a first range.
2. The method of claim 1, wherein the predetermined size is between 6 and 20 pm for more than half of the cBN particles, the predetermined concentration is between 18 and 25 g/1, and the first range is between 50 and 200 pm.
3. The method of claim 1, wherein the predetermined size is between 6 and 20 pm for more than half of the cBN particles, the predetermined concentration is around between 8 and 15 g/1, and the first range is between 50 and 200 pm.
4. The method of claim 1, further comprising: supplying additional cBN particles to the bath while coating the substrate to compensate for those cBN particles that deposit on the substrate.
5. A method for coating a substrate with wear resistant particles by electroless nickel (Ni) plating, the method comprising: immersing the substrate in a bath provided in a cell, wherein the bath includes a Ni salt; adding to the bath cubic Boron Nitride (cBN) particles having a predetermined size and a predetermined concentration and hexagonal BN (hBN) particles having a predetermined size and a predetermined concentration; maintaining the substrate in the bath with the cBN and hBN particles for a predetermined amount of time; and removing the substrate, wherein the removed substrate has a coating of cBN, hBN, and Ni in a first range.
6. The method of claim 5, wherein the predetermined size of the cBN particles is between 6 and 12 pm for more than half of the cBN particles and the predetermined concentration of the cBN particles in the bath is between 18 and 25 g/1, the predetermined size of the hBN particles is between 6 and 10 pm for more than half of the hBN particles and the predetermined concentration of the hBN particles in the bath is between 8 and 45, and the first range is between 50 and 200 pm.
7. The method of claim 5, wherein the predetermined size of the cBN particles is between 6 and 12 pm for more than half of the cBN particles and the predetermined concentration of the cBN particles in the bath is between 8 and 15 g/1, the predetermined size of the hBN particles is between 6 and 10 pm for more than half of the hBN particles and the predetermined concentration of the hBN particles in the bath is between 8 and 15 g/1, and the first range is between 50 and 200 μιη.
8. The method of claim 7, further comprising: supplying additional cBN and hBN particles while coating the substrate to the bath to compensate for those particles that deposit on the substrate.
9. A substrate, comprising: a coating including wear resistant particles deposited on the substrate by electroless nickel (Ni) plating, wherein the coating includes cubic Boron Nitride (cBN) particles having a size between 6 and 20 pm for more than half of the cBN particles.
10. A substrate, comprising: a coating including wear resistant particles deposited on the substrate by electroless nickel (Ni) plating, wherein the coating includes hexagonal Boron Nitride (hBN) and cubic Boron Nitride (cBN) particles, the cBN particles having a size between 6 and 12 pm for more than half of the particles and the hBN particles having a size between 6 and 10 pm for more than half of the particles.